基于GIS的煤矿图形协同管理系统的实现

吴新庆 王海宾 王海东 郭振忠 王笑

摘要：近年来，随着国家煤炭工业的发展，煤矿的机械化和电气化程度也在不断提高。而传统的煤矿采掘信息获取方式及其管理模式已经远远无法满足煤矿的运作需求。随着计算机软硬件的不断完善和成本的大幅降低，计算机的信息处理、图形化和数据采集等功能也更加广泛和完善。基于此，引入基于GIS的煤矿图形化综合管理软件并在实际应用中实现，可以有效提高行业内地测信息管理的水平，降低煤炭工业运维成本，制定安全生产的信息管理办法。

关键词：GIS;调度图形;数字化;煤矿信息化

引言：

煤炭储量广泛分散，规模庞大，在当下使用传统方法难以满足管理需要。煤炭企业目前使用的传统储量管理信息系统是通过收集各矿的储量信息来反馈给集团总部的，但储量分布位置和随时间变化的信息的缺少带来了很多问题。为优化煤矿图形协同管理工作，基于目前煤矿管理现状，在计算机基础上提出了一种基于GIS技术的新型先进图形化数字管理方法，并与监控系统相结合，实现了煤矿生产和安全调度的可视化操作[1]。

1 图形协同管理系统设计

1.1 数据方面

主要负责分配和监管系统的基础设施资源和数据储库，由分布式数据库和云主机两部分组成。分布式数据库主要负责存储和处理煤矿中的大规模监测数据，从而给模型库供给煤炭企业持有的煤矿相关数据支持，并基于Hadoop Database数据库来实现[2]。云主机用于分配可扩展的计算资源（如虚拟机等），基于Open stack云计算平台，来为煤矿图形协同管理系统提供大规模的可扩展和标准化的统一云管理平台。

1.2 应用方面

由一个地图服务和一个可视化和对话界面这两部分组成，主要面向用户，负责可视化操作和人机互动和人机交互等。如通过煤炭企业的地质数据库能够实现录入地质原始数据的功能，能够对地层、煤层、钻孔等数据的录入和分类，同时也能填充自动生成图中的数据。

2 当前存在的技术问题

2.1 数据方面

数据标准尚未规范，整合大量空间数据的收集和处理能力无法满足生产需求，故不能确保数据质量。由于煤炭工业企业所属矿井的分布分散且广泛，跨地理区域矿井之间的空间数据做到统一存储较为困难。数据库之间的同步机制尚不完善，无法确保矿井方面客户端空间数据库和总部中央空间数据库之间的数据及时更新一致。

2.2 应用方面

煤矿工作人员惯于使用传统的AutoCAD程序绘制矿井图，而非GIS的操作方式。因此在绘制矿井图时，如何在GIS这个平台上实现丰富而快速的展示效果，给平台用户提供便捷易用的储量图形分析功能也是实现协同管理系统过程中的一大难关。本协同管理系统应当专门针对煤炭行业制作出直观体现煤矿危险源的实体表达。

3 技术问题的解决方案

3.1 数据方面

较为大型的煤矿公司都拥有大量的原始矿山地图和储量台账数据，故在系统的实施阶段需要根据《储量图形编制规范》对企业所有的矿山地图数据进行处理并将其标准化录入系统;需要通过制定数据处理程序和质量控制标准来提高数据质量[3]。通过相关工作人员在过程中控制质量来保障系统数据的完整性和准确性。

为了规范储量管理，煤炭企业应在内部制定企业标准，用以统一企业内各类储量图鉴及其编制的标准，其中应当包括这些标准：命名标准、分类标准、分层标准、报告周期标准、编码标准、符号化标准和要素属性标准。

3.2 应用方面

3.2.1 开发出基于GIS的图形处理

矿业技术人员通常使用AutoCAD软件进行制图。为了贴近用户的使用习惯，基于GIS的图形处理设计采用了组件化的GIS开发技术，许多底层的处理、操作和管理功能都已经实现。该系统框架被设计成跨平台的，可以在所有GIS平台上使用。图形备份管理系统的矿山储量模块不仅有类似于GIS和CAD的图层、地图窗口和菜单栏，还额外加入了特性、命令窗口。特性窗口用于显示和修改要素属性;命令窗口则可以执行被输入命令，显示命令执行时的信息并保存命令执行历史[4]。

同时，协同管理系统中解决了复杂地质构造的矿山地质模型难建立的问题，能够自动生成煤岩层对比图、储量计算图和各种等值线。并在矿山储量方面制定了专业的图形符号库，直观便捷地体现了煤矿的储量信息。

3.2.2设计与管理模型库

设计基于服务的模型库用以将模型库接口统一，方便扩展。同时把前端地图和计算模型进行连接，专题地图能够可视化直观地标示煤矿数据采集点在空间中的分布，系统也可以动态地配置前端地图上的数据点，并在模型被调用时为计算模型设置参数，然后通过RPC将参数与数据信息传输给模型来计算[5]。在查询检索煤矿信息时，能够通过空间位置和煤矿数据的属性来进行快速查询，对煤炭资源的采动范围和储量块段进行数字化定位和查询。

3.2.3 实现交互界面可视化

为了将GIS平台和模型库结合，最大限度地发挥可视化地图的优势和决策者的认知能力，系统可视化的设计分为可視化模块配置、可视化参数选择和可视化结果显示三个主要模块。 藉由此设计，可以实现煤炭企业的“以图管矿”方案，将煤矿的储量图和采掘工程平面图直观地展示给使用者，实现各个矿井矿图的展示、配置和优化。

结语：

煤炭资源具有特定的空间位置上的禀赋和变化，其管理的计算机化是提高管理水平的关键。经实践可知，基于GIS的煤矿图形协同管理系统的技术实施和建设思路可以有效地解决大型煤矿资源管理信息化程度低、实施效果差、数据不够精确等问题，有效增强煤炭资源回收率的监管力度，为国有资产的保值增值提供不可或缺的技术支撑。建立基于GIS的图形化库存管理系统，真实地反映煤炭资源储量的变化，是解决大型煤矿资源精细化管理的有效手段。

参考文献：

[1] 谢祥志，郭秀才. 基于GIS技术的煤矿调度图形信息管理系统[J]. 煤炭工程，2010（3）：109-112.

[2] 纪峰，谢祥志，郭秀才. 基于GIS的煤矿调度图形处理系统的设计[J]. 宁夏工程技术，2007，6（1）：66-69.

[3] 马莹莹，李静涛，马彦辉. 基于GIS的地测图形管理系统在露天煤矿矿图绘制中的应用[J]. 露天采矿技术，2018，33（1）：74-76，81.

[4] 陈汉章. 基于GIS的大型煤炭企业储量图形管理 系统设计技术[J]. 煤炭工程，2019，51（6）：57-61.

[5] 刘建法. 基于GIS的煤矿采掘生产状态可视化管理系统研究[J]. 商品与质量，2017（25）：186-187.