网络地测防治水管理信息系统研发与应用

王素娜

(河南能源义煤公司，河南 义马 472300)

0 引言

近几年煤炭企业信息化建设不断深入，企业信息化不仅有效降低煤炭企业的运营成本，提高企业的生产经营管理水平和决策能力，而且能推进企业改进业务流程，促进企业的管理创新、技术创新。而煤矿企业信息化的重中之重是安全生产的信息化，地测信息化则又是安全生产信息化的基础。

义煤公司各矿井随着开采深度的不断加深，地质及水文地质条件越来越复杂。在巷道采掘过程中，必须加强对含水层、老空积水区、封闭不良钻孔、排水不良钻孔、构造等地质条件进行预测预报，为安全生产提供保障。为此，要进一步加强义煤公司所属矿井地测信息化、规范化与标准化管理，探索一条实现地测防治水信息化管理的新途径。河南能源化工集团义煤公司在现有技术的基础上，决定研发一套网络地测信息管理系统。通过网络地测防治水管理信息系统的建立，不仅实现了矿井地测防治水资料的数据库管理，地测图件的自动生成和及时更新，还实现了矿井与公司之间地测防治水资料信息集成共享、地测系统协同办公自动化，使管理部门及时获得矿井地测防治水信息，更有效地进行监管和指导安全生产工作，从而降低了管理成本，提高了管理效益和决策水平，促进义煤公司和各矿井地测工作的自动化、规范化、标准化。

1 系统建设框架

1.1 技术实施架构

在遵循煤矿地质、测量、水文、储量等专业，计算机技术和信息技术有关的各种技术规范的基础上，收集相关资料，深入了解水害防治工作模式、监测设备数据与其他部门的关系，进行详细的需求分析和总体设计[1]。根据系统详细设计编码并调试所有的功能模块，并利用实际资料检验程序的正确性与容错性。针对图形数据库、属性数据库、水害防治与预警的实际情况以及彼此的相互关系，提出专业数据模型与水害防治预警模型。系统结构技术路线包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理设计、系统实施、系统运行与维护等阶段[2]，系统体系结构如图1所示。

图1 网络地测管理信息系统体系结构

1.2 系统研发平台-Longruan GIS

Longruan GIS是一套针对煤矿地测、生产、安全等工作开发的专业地理信息系统，采用多层次的Client/Server、B/S结构，在面向对象思想指导下设计与实现；其前端开发工具为VC，后端数据库管理工具为SQL Server或Oracle，数据库系统采用了通用的接口，具有异构多源数据访问的能力[3-4]。义煤公司矿级地测空间信息系统在此平台上，建立适合本公司的地测系统，实现地质及水文地质自动化制图和编辑功能。

1.3 系统总体设计

网络地测防治水信息系统是为实现建立在先进的网络技术、GIS技术、矿山测量、矿井地质、水文地质管理技术基础上的水文数据库及地测升级系统，构建煤矿分布式多源异构信息共享协作平台[5]。系统建成后是一个典型的多部门、多专业、多层次动态管理的信息共享与远程决策平台，基于统一平台进而实现多专业的信息共享、综合分析应用以及远程决策服务[6]。

系统建立完善的专项审批流程，对各类图件和文档建立完善严格的逐级审批流程，并将审批通过的相关技术文档按类别归档管理。系统主要包括图文管理子系统、水文监测子系统、预警评价子系统和三维可视化子系统[7]。其中图文管理子系统又包括图件管理模块、文档管理模块、台账管理和资源储量4大模块，对图文资料的上传管理则主要通过办公管理模块来进行控制。系统总体结构设计如图2所示。

图2 系统总体结构设计图

2 系统在义煤公司的应用

管理系统操作简便实用，只需要启动IE浏览器，在地址栏中输入地址后即可进入主界面，如图3所示。系统采用用户名+密码登录方式，一方面可以增强企业内部的保密性，增强网络的安全性，另一方面也可以减少网络间的流量。对于客户端的用户名和密码将由网络管理员授权。

2.1 办公管理子系统

图文管理系统中的办公管理是基于煤矿各种公文流程的文件流转和审批，用它来完成事务的流程设计、发起、处理和管理，并记录事务的发展过程和结果，主要分为图文流程与公文流转。

2.2 图件管理子系统

图件管理模块包括地质、测量、储量、水文、基本矿图及沉陷治理等相关图件[8]，如图4所示。义煤公司所属矿井图件通过流程上报后归档。公司领导与专业技术人员可通过此管理模块进行图件和文档的浏览、上传、下载、删除、条件检索，浏览痕迹查询等功能操作。同时亦可以链接到地质基础数据子系统或测量基础数据子系统对相应图元属性数据进行在线查询[9]。

图3 系统登录界面

2.3 文档管理子系统

文档管理模块包括地质、测量、水文及沉陷治理等相关文档的管理，如水情水害分析、探放水设计、防治水计划等，其中每个类别又按各专业标准化要求细分。义煤公司所属矿井图件通过流程上报后归档。公司领导与专业技术人员通过此管理模块进行文档的检索、上传、下载、删除、查询浏览记录等操作。

2.4 台账管理子系统

通过此子系统实现义煤公司各矿井防治水基础资料远程浏览查询，主要包括矿井涌水量观测成果台账、气象资料台账、地表水文观测成果台账、钻孔水位及井泉动态观测成果台账、抽(放)水试验成果台账、矿井突水点台账、矿区地质钻孔综合成果台账、井下水文地质钻孔成果台账、水质分析成果台账、水源水质受污染观测资料台账、水源井(孔)资料台账、封孔不良钻孔资料台账、井田周边煤矿及采空区相关资料台账、水闸门(墙)观测资料台账等。

2.5 水文监测子系统

通过系统对矿井水文监测数据进行联网，将水文观测孔或传感器的水压、流量、水温等重要参数进行实时监控，并利用WebGIS技术在水文监测图形上进行自动定位和实时显示。可实现超限自动报警和语音播报功能，并可利用监测数据生成水文报表，绘制水文历史数据曲线、柱状图。管理技术人员可以在线浏览各矿井水文监测数据，使得更好地指导矿井安全生产[10]。

2.6 预警评价子系统

通过对相关技术的比较与分析，结合义煤公司各矿的实际情况，水害预报预警远程管理系统采用以地测预警基础平台为基础，以ActiveX控件和ASP.NET页面为展现平台的解决方案[11]。

危险源评价指标体系库：此模块可以对危险源评价指标体系进行管理，包括新增、删除、查询、复制功能。“新增”内容包括：危险源名称、报警级别和报警范围。指标体系库存入数据库中，此模块为预警图形提供临界值参考，如图5所示。

图5 危险源评价指标体系库

图形评价预警：根据涌水水源和掘进及回采条件的不同，图形预警评价模块可分为顶板图形预警评价、掘进面底板图形预警评价、回采面底板图形预警评价、老空及其他水害图形预警评价，相应的各目录下分别上传和展示顶板隔水层厚度等值线图、底板隔水层厚度等值线图、底板突水系数等值线图和带有已知危险区的采掘工程面图。其他涌水水源的图形预警，在采掘图上设置危险区域，根据其评价指标对工作地点和危险区域的距离进行预警评价。打开预警图形，显示内容包括：危险源周围巷道预警，与巷道的空间关系预警，水害危险源超前预警等。采用ActiveX控件技术，将危险源预警信息在网络平台上进行展示[12]。

突水预警：对于顶板和底板突水预警，系统通过专业理论知识评价分析确定危险区域，基于WebGIS技术，在图形上动态展示并对评价确定的危险区域进行距离预警评判。以顶板水害为例，绘制并上传顶板隔水层厚度等值线图，根据上三带理论计算顶板导水裂隙带高度即临界隔水层厚度，以此值为标准，在图形上动态划分出危险和安全区域，并按超前预警的指标对工作地点和此危险区域的距离进行评价预警，如图6所示。

图6 顶板图形预警评价(等值线动态预警)

2.7 资源储量子系统

为加强义煤公司所属各矿井资源储量动态管理，研究开发了储量管理子系统，主要包括：数据输入、数据检查、报表输出等功能。储量管理编制报表主要有工作面采出量、损失量月报表、生产矿井储量损失量表、生产矿井储量动态表、生产矿井(保有)储量汇总表等，如图7为基础数据管理及报表显示页面。通过储量子系统各矿井将各类报表按照时间节点编制完成保存至储量系统中，公司技术人员登录网络管理平台后可随时浏览下载各矿填报的储量数据，实现了全公司的储量管理的信息化。

2.8 评分子系统

通过评分系统在任何地点都可以通过web浏览器对本矿以及其他矿的数据进行直观的查看，方便了公司对各矿进行评分排名，调动各矿上报资料，录入数据的积极性。同时，对义煤公司下属16个矿的图件上报、文档上报、危险源图形上报、台账录入、储量录入的状况有较全面的了解。对于统计各矿上传资料、录入数据的数量，以及16个矿的考核评比具有十分重要的意义，如图8所示。

图8 评分子系统

2.9 三维可视化系统

三维可视化(三维仿真)具有直观、空间位置关系清楚、信息量大的特点，加上信息查询功能可以对矿井的生产环境、生产过程、设备分布、设备状态以及地表工业广场等状况有较全面的了解[13-14]。三维展示是通过网络三维控件将整合之后的三维虚拟数字矿山场景发布到局域网或互联网上，使技术管理人员在任何地方都可以实现轻松快捷的三维交互式体验，以场景的独特视角展现地貌特征、地层、井下场景的关系等，更好地掌握井下开拓布置的空间信息定位[15-16]，如图9所示。

图9 三维展示

3 效益分析

网络地测防治水信息系统的成功开发与应用为矿井地质、测量、水文与储量的完全信息化管理奠定了坚实的基础；实现了专业图形的快速自动化生成、专业报表的自动统计以及图、文、表到公司的远程报送，自动化与数据共享，极大地提高了矿井单位地测防治水信息管理的工作效率，地测部门人员提高工效在10倍以上，尤其水害预警子系统功能模块中的水文监测实时数据与危险源预警能够指导安全生产，辅助决策层采取措施进行决策，有效减小水害事故的发生率，由此避免的损失和产生的经济效益不可估量。同时，绘图速度、精度以及数据传输质量有了大幅度提高，绘图人员大大减少，预计每年公司可节约上百万元，经济效益非常可观。

与此同时，该系统基于WebGIS结合煤矿实际自主开发，专业性强，软件操作简便使用；系统面向义煤公司所属矿井地测信息远程联网应用，公司领导、专业技术人员等可通过网络信息管理平台可以随时浏览、审查图纸、报表，指导矿井安全生产，做到矿井和义煤公司资源共享，实现了地测防治水信息系统的动态管理与规范化管理；进一步提高了领导管理决策的准确性、可靠性，实现了矿井的水害监测预报，真正确保煤矿安全生产，间接促进了社会和谐进步与稳定发展，产生了良好的社会效益。

4 结论

(1)基于WebGIS，实现了对地质、测量、水文、储量图纸、数据与文档的一体化管理，即集中存储、统一管理、快速查询，改变传统的纸质管理模式。

(2)基于地测空间管理信息系统完成了地测图形库与地测数据库的建立，输入了现有地层数据、煤层综合成果数据、测量数据、水文数据，实现了矿井管理层、矿井生产技术层随时随地可以通过Internet网络了解、查询、分析相关矿井的地测动态信息，实现了煤矿地测管理的网上办公，为矿井的安全生产提供现代化的管理手段。

(3)通过建立的评分系统，实现了系统自动对各矿井资料上传与及时更新的督查。

(4)实现了义煤公司对下属矿井图件上报、文档上报、危险源图形上报、台账录入、储量录入的状况的全面了解，实现质量标准化无纸化网络办公。