王　梅1 , 張建民2 , 王宇飛3 , 肖海紅1 , 黃　為1
(11北京國土資源遙感公司, 北京100085; 21中國神華能源股份公司, 北京100011; 31中國礦業(yè)大學(北京校區(qū)) , 北京100083)
[摘　要] 　礦井三維信息管理對煤田的有效科學規(guī)劃和安全高效生產有著重要的意義, 也是實現礦山管理和生產現代化的關鍵技術之一。依托“大柳塔煤礦三維信息管理決策系統(tǒng)”項目, 面向煤田的有效科學規(guī)劃和安全高效生產, 針對煤礦的生產、安全與管理的特點, 以礦山專業(yè)軟件Micro2mine為系統(tǒng)開發(fā)平臺, 利用Visual C + +和數據庫技術, 以各種地質、測量、采礦工程數據為基礎,以三維可視化技術以及地質建模技術為手段, 初步開發(fā)了具有真三維特點的煤礦生產管理信息系統(tǒng)CoalM iner3D 。系統(tǒng)有助于指導礦區(qū)的科學規(guī)劃、資源管理、安全生產、輔助決策等, 也為國內的其他礦井提供信息化建設的樣板。
[關鍵詞] 　三維信息管理; 三維建模; 三維可視化系統(tǒng); CoalM iner3D
1　國內外礦井信息管理應用與基本需求國內外在礦井信息管理方面的應用發(fā)展很不平
衡, 國外礦山三維信息管理技術起步較早, 三維信息管理軟件涵蓋了礦產資源勘探、開發(fā)和生產管理的各個階段, 一些主要產煤國已在實現綜合機械化基礎上, 實行全過程的信息化管理。目前國外與礦山有關的研究成果以及礦井信息管理的軟件系統(tǒng)大都集中解決了與露天采礦有關的一系列地質工程、生產和工藝等問題。這些礦山信息管理系統(tǒng)主要有
Micromine, M INESCAPE, Datamine, Surpac2000,Lynx和VULCAN等, 它們的應用主要體現在對各種基于GIS的數據集成三維地質建模、采礦工藝流程設計、采礦生產管理、各種地質圖、專題圖制作、地質儲量評估、鉆孔數據管理和生產進度管理等。雖然, Micromine和Datamine等系統(tǒng)也可以應用于地下開采, 但系統(tǒng)的功能與我國礦井生產的實際需求還是有一定的差距。國內礦山的信息化建設相對滯后, 在計算機技術引進煤礦生產之前, 對所有煤礦空間信息(如煤層及其頂底板巖層、斷層、沖刷帶、煤層露頭、測量數據等) 的管理、分析和研究完全是人工完成的。隨著對高產高效礦井管理信息系統(tǒng)要求的不斷提高, 國內也研究出一些具有簡單三維可視化功能的礦井軟件, 但是與國外的礦井信息管理軟件相比仍存在很大的差距, 主要表現在: 基于二維GIS的圖形管理, 停留在傳統(tǒng)圖形的讀圖和制圖水平;可視化水平較低, 不便于礦山各種信息集成后的綜合分析; 數據管理水平較低, 由于礦山內容廣泛,尚沒有統(tǒng)一的數據管理系統(tǒng)包含上述各種信息。隨著煤炭開采引發(fā)的地質災害日趨嚴重, 不僅造成了礦井經濟損失, 而且嚴重威脅著礦井工作人員的生命安全, 因此, 研究出一套面向礦井安全高效生產礦井三維信息管理系統(tǒng), 對保證煤炭安全生產和煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文依托北京國土資源遙感公司承接神華集團神東公司的“大柳塔煤礦三維信息管理決策系統(tǒng)”項目進行研究, 以“實用”為根本出發(fā)點, 應用成熟先進的信息處理技術, 建成了一套集信息采集、分析、處理、共享、管理為一體的高度自動化管理系統(tǒng)———礦井三維可視化信息系統(tǒng)(CoalM iner3D ) , 為國內的其他礦井提供了信息化建設的樣板。
2　系統(tǒng)設計
211　系統(tǒng)設計思路
系統(tǒng)的設計思路遵循下面的原則為:專業(yè)管理數據采集處理標準化;專題信息處理的流程化和自動化;成果制作標準和共享網絡化;礦井生產與安全信息的三維可視化。
212　系統(tǒng)總體設計
礦井生產與安全三維動態(tài)信息管理系統(tǒng)建設是一個集“3S”技術、3D顯示技術、仿真技術等多項高新技術的工程體系, 通過對試驗礦井進行嚴謹的需求分析, 制定了系統(tǒng)的詳細目標:
(1) 建立基于統(tǒng)一空間坐標系統(tǒng)的礦井生產與安全管理基礎數據集, 通過系統(tǒng)、規(guī)范的多源數據采集, 建立大柳塔井田空間基礎數據集;
(2) 利用三維地質建模技術, 提取礦井生產與安全管理有關的三維目標要素, 實現三維礦井目標的綜合建模;
(3) 建立流程化和標準化的信息處理流程,自動制圖系統(tǒng)能夠通過數據采集系統(tǒng)實現圖形信息自動更新;
(4) 通過開發(fā)三維可視化(模型、顯示與動態(tài)管理) 技術, 提高井田開發(fā)與井下生產動態(tài)管
理的可視化水平;
(5) 實現基礎空間數據、規(guī)劃數據和生產管理數據等內容的一體化管理, 提高信息集成化和服務水平。
最終可以建立依托國際先進的三維GIS技術和礦區(qū)高效能的網絡體系、應用高新技術和先進管理方法的“礦井生產與安全三維信息管理系統(tǒng)”, 實現礦井生產多級管理、多專題信息查詢、動態(tài)分析和管理的自動化和流程化, 為礦井生產與安全動態(tài)管理提出可見、方便、便捷的工具, 形成基于現代信息技術的完整解決方案。
213　系統(tǒng)功能設計
按照礦井生產與安全管理的內容要求, 本系統(tǒng)的主要功能設計為以下幾個模塊:
(1) 數據采集功能　根據大柳塔礦井目前數據采集的模式和要求, 針對鉆孔、巷道、工作面、輔助設施和煤質等不同類型的數據, 進行錄入、檢查、定位查詢、追加、刪除等基本操作;
(2) 基礎數據管理功能　針對系統(tǒng)基礎信息的存貯、查詢、更新、信息可視化顯示要求, 主要對鉆探數據、巷道數據、工作面數據、地理數據、影像數據及其他生產輔助設施數據進行管理。實現上述各類數據的導入、導出、基礎數據的檢查, 以及平面圖、立體圖和剖面圖的顯示功能;
(3) 三維綜合建模功能　實現涉及礦山生產各類三維目標的創(chuàng)建、更新、編輯、檢查等功能,完成建模基礎數據更新后的巖層、煤層、斷層等各類地質目標和巷道工程、輔助管線等礦山生產目標的建模;
(4) 專題輔助分析功能　為礦山常用的以鉆孔、煤質數據和各種動態(tài)信息為基礎信息提供分析工具, 同時對大礦特殊的地質問題如潰水潰沙等提供一些具體的解決方案, 其結果信息將作為專題制圖的基礎信息;
(5) 專題自動制圖功能　基于三維建模、專題分析等基礎信息和子系統(tǒng)的分析統(tǒng)計結果, 按照各專業(yè)和生產管理中各種成果的要求, 自動成圖和輸出, 為各個部門提供相應的制圖工具。
(6) 礦井三維信息瀏覽與查詢功能　根據不同專業(yè)提取各種三維信息內容要求進行組合, 共分為礦井生產系統(tǒng)、礦井地質系統(tǒng)和礦井安全實時監(jiān)測3大類。它們提供了從地表到地下的礦井各個作業(yè)系統(tǒng)的立體圖和主要內容的查詢功能。該子系統(tǒng)要求能夠靈活加載并分類顯示各個三維目標和查詢其屬性, 是三維可視化成果的最終體現;
(7) 系統(tǒng)管理功能　主要是為系統(tǒng)的訪問提供安全服務;
(8) 系統(tǒng)幫助功能　提供了比較詳盡的CHM格式的幫助系統(tǒng), 介紹使用方法。
214　系統(tǒng)基本結構
本系統(tǒng)的應用服務功能體系分為3個層次, 在完成系統(tǒng)集成即應用功能層后繼續(xù)進行各專業(yè)專題

4　結束語
對礦井生產與安全三維動態(tài)信息管理系統(tǒng)CoalM iner3D的開發(fā), 是基于具有國際商業(yè)化水平的三維GIS系統(tǒng)平臺, 以建立具有簡單、實用和智能為特點的礦井生產與安全三維信息管理系統(tǒng)為目標, 選擇具有代表意義的神東公司大柳塔礦作為試驗礦井, 從礦井高產高效生產與安全管理的實際出發(fā), 集成歷史和現在的各種專題數據于三維統(tǒng)一空間基礎上的可視化環(huán)境中, 充分掌握信息管理過程中的信息獲取、處理、網絡成果共享、動態(tài)決策支
持等關鍵環(huán)節(jié)和主要功能需要, 最終實現管理的網絡化目標。Coa lM iner3D是一個開放式系統(tǒng), 其建立的三維可視化平臺為礦井的信息管理現代化打下了基礎,其著眼點在為礦井生產的指揮決策和實時分析逼真模擬出復雜的地質和工程條件, 宏觀上為決策管理的科學化提供了實現平臺。
[參考文獻]
[ 1 ] 北京國土資源遙感公司. 礦井三維可視化信息系統(tǒng)研究報告
[ R ]. 北京: 北京國土資源遙感公司, 2004.
[ 2 ] 北京國土資源遙感公司. 礦井三維可視化信息系統(tǒng)設計說明書
[ R ]. 北京: 北京國土資源遙感公司, 2003.
[ 3 ] 神華集團神東公司. 神東公司大柳塔煤礦地質勘探報告[ R ].北京: 神華集團神東公司, 2001.
[ 4 ] 吳立新, 等. 礦業(yè)GIS基礎軟件Titan2MGIS總體設計[ R ].北京: 中國礦業(yè)大學北京校區(qū).
[責任編輯: 鄒正立]