試論煤礦地質地理信息系統設計與實現

謝曉波

摘要：為響應推進地質資料信息服務集群化產業化的要求，進行礦區數據、地質災害數據與地質資料的收集與整理，以保證數據資料的統一，構建地質地理信息系統，以有利于以推動地質資料信息服務集群化產業化的發展，實現數據資料的共享性，提高精確度。

關鍵詞：煤礦地質；地理信息系統；設計；實現

隨著我國國民經濟的不斷發展，計算機技術在我國普及開來，在我國多個領域得到廣泛的應用，有效降低工作人員的工作量，提高安全系數。為積極響應“推進地質資料信息服務集群化產業化”[1]發展的工作要求，根據資源部門的方案，積極收集與整理本區域1：20萬的地質資料、礦區數據以及地質災害數據庫等，以保證地質資料數據的一致性，積極進行信息系統的建設，以推動地質資料信息服務集群化產業化工作的發展，打好數據基礎。但是現階段我國煤礦地質部門還沿用傳統的數據管理形式，不僅管理效果不明顯，反而會對煤礦數據的存儲、使用與檢索等造成阻礙，因此需提高信息系統建設的力度，以滿足信息系統現代化發展的需要。

一、煤礦地質地理信息系統發展的現狀

現階段，國外的煤礦地質地理信息系統是在ArcGIS桌面的基礎上發展而來的一種二次開發，對現存的地理信息進行充分利用，例如：鉆探資料、TIN、DEM等，能夠根據相關數據資料構建二維地質畫面[2]，但對地質空間模型的探究力度相對不足。受到數據空間模型支持、制圖規范化等因素的影響，阻礙信息共享與存儲管理的發展。現階段，人們對于煤礦地質信息系統的還未有明確的定義，但實際上，它涉及到多個學科，例如地質學、計算機、采礦學等，且在制圖過程中又需使用制圖軟件CAD，但是在信息共享與復雜空間分析中存在嚴重不足。隨著科學技術的不斷發展，GIS技術被應用到煤礦地質地理信息系統的建設中，推動煤礦地質地理信息系統的發展。GIS具有以下優勢：①界面統一：操作功能均在用戶界面有所體現，不僅操作簡單，而且極為靈活，例如：輸入輸出、三維可視化、地質信息管理等；②權限統一：根據煤礦生產的流程，制定針對性的管理權限，推動信息管理向著無紙化、網絡化的方向發展；③三維化：凡是煤礦區域中的對象，均能夠三維建模，并進行儲量計算與剖切分析；④數據統一：通過一體化數據庫統一管理煤礦信息系統，確保數據信息的一致性，實現數據共享。[3]

二、煤礦地質地理信息系統設計中的關鍵技術

1、面向對象設計

建模語言統一主要是利用文檔化、構造、可視化的語言對存在于軟件密集型系統中的制品進行描述。早在1997年，對象管理組織就針對統一建模語言進行了規范，主要是為設計人員提供統一的設計與軟件開發用語。統一建模語言的使用，為開發設計人員的系統架構與設計進行了規劃。隨著時間的不斷推移，統一建模語言[4]已得到普遍的認可，不僅提高了工作人員間的溝通與交流，而且能夠及時發現疏漏與錯誤，以提高設計成果的準確性與精確性。例如：在本次煤礦區域地質圖設計整理過程中，工作人員根據實際的地層對其進行合理、適當的街邊與合并處理，以有效解決現有地質圖中存在的數據庫建設問題以及投影信息等，以完善我國地理底圖中的數據資料，嚴格按照國家標準使用同一的花紋庫、色庫、線型庫、符號庫等。

2、空間數據庫模型

在煤礦基礎數據的收集過程中，工作人員需對通風線路圖、運輸線路圖、排水線路圖、機電設備配置圖等數據資料進行收集，并以此為依據，構建標準化、規范化的符號庫，以整合多元數據結構[5]，提高數據資料的利用率。煤礦井下地理坐標的獲取是利用地面控制點使用一定的方式進行導入，例如斜井定向、豎井定向等。在本次數據收集中使用北京54坐標，以提高獲取數據資料的精確性。煤礦在日常生產過程中，存在規模較大的空間數據，可利用空間數據進行建模。

3、多元數據處理

（1）編制地質圖件與錄入數據

在煤礦正常生產過程中，會產生大量的紙質文檔與圖件，且有的紙質文檔與圖件的歷史較為久遠，煤礦地質地理信息系統需要日常管理這些數據資料，同時，還需整合GIS系統所需的數據信息。紙質文件、圖件進行掃描，表格數據進行重新錄入。數據資料中存在的地形圖與鉆孔柱狀圖的完成需以下3個步驟：①手工繪制，并掃描底圖，然后再利用計算機進行編輯；②通過圖系統軟件自動轉化為圖；③利用人際交互式方式實現轉換。不僅大大降低工作人員的工作量，而且還大大提高工作效率[6]。

（2）格式不同數據的轉換

現階段，我國煤礦多使用CAD進行繪制，因此大部分格式是dwg，有時為了GIS系統的信息分析與管理，需要在CAD的基礎上提取信息，例如：地形等高線、控制點、鉆孔點等，利用ArcGIS[7]轉換工具進行數據轉換，也可通過FME轉換煤礦數據。受到數據組織方式的影響，需在重組的過程中進行分層，也可使用人工對數據資料中的錯誤進行處理。

（3）文件版本的控制

為了能夠有效管理煤礦相關的地質圖件，在系統的設計過程中特意增加文件版本控制，能夠把煤礦制圖中存在的GIS圖件或是CAD圖件進行壓縮后，傳送至FTP服務器或是Oracle服務器中，利用Hash算法對文件對應的Hash值進行計算，同時確定其是否需要更新，同時該模塊還具備下載、上傳以及查詢等功能。

三、在GIS煤礦信息可視化的基礎上分析空間

在煤礦地質工作過程中，必不可少的基礎資料是地質剖面數據與地質鉆孔數據，近年來一直在GIS煤礦信息可視化的基礎上進行。現階段，我國地質領域中很少使用ArcGIS，主要是因為發展還未完善，受到煤礦地質較為復雜的影響，可視化與空間分析存在很高難度。例如煤層不完整、地質不連續等均會大大增加建模的難度。現階段，我國普遍使用分塊與嚴格限定邊界等方法進行處理，分塊的實質也是對邊界進行限定，但是需保證限定區域之間的連通性。限定邊界看似簡單，但是對數據算法與預處理提出更高的要求，需要進行后期處理。煤礦地質建模流程圖見圖一：endprint

圖一 煤礦地質建模流程圖

1、鉆探信息的可視化

對鉆探數據進行細化：測斜數據、鉆探、基礎鉆孔數據，以真實有效的顯示煤層與鉆孔的三維空間分布情況，表格之間是利用鉆孔編號進行構建與聯系的，但實際上，各表內容具有獨立性[8]，只是在邏輯方面存在關聯性，能夠有效消除數據資料的冗余性。三維鉆孔準狀突需利用鉆探分層厚度進行偏移量的設置，以測斜數據為例，詳細情況見圖二：

字段名稱 類型 空 備注

Partld（分段編號） Int 否 隨著測斜分段工作進程的推進，順序變大

Dip（傾角） Doublc 否 該點與下點之間的夾角

Holcld（鉆孔編號） String 否 鉆孔編號

Dcpth（測斜深度） Doublc 否

Azimuth（方位角） Doublc 否 該點與下點之間的方位角

圖二 測斜數據圖

2、表面建模法

（1）空間插值方法

煤礦區域中煤床儲量與空間分布遵循礦產資源具備的規律[9]，嚴重影響我國礦山的資金投入情況。在探究煤礦經濟性與可行性評價過程中，需要優化煤礦礦山設計規劃，否在會對煤礦決策產生不良影響，影響煤礦正常的開采計劃。在實際操作過程中，煤礦地質數據的獲取過程中受到監測技術的影響，因此只能得到采樣點位置的地質數據，需要工作人員根據已有的數據資料對整個煤礦區域中的抵制進行推算。空間插值主要是根據已知數據治療對整個煤礦地區中的地質特點進行推斷，以提高數據資料的密度與質量，要求工作人員需要熟練掌握地質空間規律，對煤層底板與品位計算進行等高線生成。工作人員可依據鉆桿與鉆孔獲取煤層底板中通過標高的空間插值，從而計算出煤層厚度與煤層底板的等值線。

（2）等值線法

與煤礦地質有關的等值線類型包括多種，例如：煤礦底板等高線、煤層厚度等值線、地形表面等高線、巖層底板等值線等。其中地形等高線主要是對煤礦表面的表示，等高線是指具備同等高程值的線。而等值線[10]在煤礦中的使用，大大降低獲取數據信息的難度，因此我國的地形圖中普遍使用此種方法。例如，首曲線也可稱為等高線，是指根據地質等高的要求進行等高線的繪制，一般使用0.1mm的細實線表示；計曲線主要是為了方便閱讀，每間隔四根等高線，就需進行一根等高線的加粗，加粗的等高線就屬于計曲線，一般粗度為0.2mm，以便于兩點之間高差以高程的計算。

四、煤礦地質地理信息系統的實現

在實際操作中，涉及到本區域的有關于1：20萬的地質圖總共存在53幅，因此工作人員對其進行查閱，并使用1956年黃海高程系進行煤礦地質地理信息的繪制。本區域位于東經105—111°，北緯31—40°的區域中，存在六度分帶2個，利用北京54坐標系進行，使用高斯—克呂格橫切橢圓柱作為角投影使用。

以對本區域中各個縣市的地質災害進行調查完畢，并構建了區劃空間數據庫，其中包括地質災害點屬性數據與地質災害分布、易發區等，相關圖形數據通過MAPGI6.7的格式進行儲存。

在完成本區域中的煤礦核查工作后，也對礦區范圍的界限進行明確，原數據以地理坐標系文本文件進行保存，而在本次操作中，工作人員統一整理了煤礦范圍界限，并對其進行投影轉換，錄入、套合、數據轉換、數據整理等操作。

現階段，我國地質圖數據是通過MapGIS平臺格式進行儲存，但是在集群化產業項目中確是以ARCGIS平臺存在，因此在數據入庫前，需對數據格式進行轉換，統一轉換前后的命名與儲存。

結語：

綜上所述，煤礦地質地理信息的獲取難度較大，因此需要統一的數據庫對數據圖形等進行管理，這就促使其向著信息服務集群化、產業化的方向發展，滿足煤礦地質信息操作中的需求，提高了煤礦信息的可視化，并將所檢測到的地質數據信息通過二維、三維圖形提供給用戶，實現數據信息的共享。

參考文獻：

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