試分析煤礦地質測量中空間信息系統的關鍵技術

郭瑞東，王廣漢

（1.山東能源集團棗莊礦業集團公司；2.準格爾旗金正泰煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 010399）

試分析煤礦地質測量中空間信息系統的關鍵技術

郭瑞東1，2，王廣漢1，2

（1.山東能源集團棗莊礦業集團公司；2.準格爾旗金正泰煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 010399）

本文對煤礦地質測量空間信息系統的基本功能、結構體系和系統特點分別進行了介紹，就該系統采集煤礦地質測量空間信息數據、設計煤礦地質測量GIS平臺、自動生成地質測量圖紙三大關鍵技術進行了展開討論，并說明了該系統的重要性和發展趨勢。

煤礦地質；空間信息；技術

測量煤礦地質空間信息的信息系統現在之于我國的煤礦行業中已得到廣泛使用，其強大的功能讓煤礦生產的安全性和高效性都大幅提高，每一個煤礦行業工作者對該系統進行了解都會大有裨益。

1 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統的簡述

1.1 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統基本功能的簡述

簡單而言，測量煤礦地質空間信息的信息系統是幫助煤礦地測工作實現信息化、產業化管理的一個信息系統平臺。展開來講，測量煤礦地質空間信息的信息系統是世界范圍內煤礦行業中所使用的計算機應用特點及現狀被有關專家進行充分的分析之后，吸取了世界上最為先進的地理信息數據系統GIS、最先進的空間幾何分析先進方法理論、最新的礦山專業課題研究的精髓的前提下而設計出的空間信息系統。其在有Windows運行環境的前提之下，能直接生成出煤礦工作中的斷層數據、鉆孔數據、測點數據等煤礦基礎原始數據，并對保安煤柱圖、地質勘探線的剖面圖、工作面任意方向剖面圖、采掘工程的平面圖、底板等高線圖、儲量計算圖等礦山地測工作中的各類地質測量圖件進行動態修改。該系統是計算機技術、網絡技術、3G/4G傳輸技術、攝像技術共同支持下的產物，目前已成為我國煤礦行業相關工作的重要依靠。

數據管理功能模塊可以整理好礦井上、下測量中已獲得數據并將其輸入到計算機當中，以前后距導線計算的方法，算出測量數據所對應的成果。再加之以后距導線計算方法進行核實校對，在經過整理后將正確的成果輸入成果臺賬，從而使一個測量成果數據庫得以建立。

標定解算功能模塊能在有三個已知測點時，測出三者間的水平夾角，將三點的坐標以及所測得的水平夾角一同輸入計算機，算出其前方交會點、后方交會點或側方交匯點的坐標。反過來，在已經三點交會點坐標的前提下，也能逆運算得到三個點的坐標位置。

數據查詢功能模塊能讓系統操作人員在選擇了工作地點和測點之后，就能得到其所對應的坐標、方位及標高，數據儲存和維護的方式靈活，讓煤礦的各專業數據得以共享并實現多元數據集成。可以說，整個煤礦地質測量中空間信息系統的可擴展性與穩定性都因為有了數據查詢功能模塊而大幅度增強。

圖形生成功能模塊是整個系統最為實用的功能模塊，其能夠利用已經測得的數據生成出測量巷道剖面圖及等高線圖，圖像自動地實現水平、工作面及采區巷道位置關系空間處理。

1.2 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統結構體系的簡述

測量煤礦地質空間信息的信息系統考慮了煤礦地質測量的實際具體流程和要求，將煤礦地質測量采掘的空間數據庫作為其數據來源的基礎，用戶的數據的獲取、存儲、處理和更新以及信息的提取與分析等行為只要在煤礦內有在線網絡支持就能夠實現，從而建立起各種專業的模型庫和圖形庫。完整的煤礦地質測量空間信息系統一般情況下有三個組成層次，第一個組成層次用以測得煤礦地質數據并對數據進行各種處理，包括錄入、查詢、匯總、修改和處理，最后生成出系統操作遠遠所需的各種數據表格和專業圖紙。第二個組成層次則主要提供開放式的數據接口對接其他軟件，以Web在網絡支持的環境下瀏覽并查詢煤礦地質的各種測量數據是其主要的實現手段。第三個組成層次是根據編制完成的各種圖紙和原始資料為煤礦的安全生產的決策提供依據。圖1為煤礦地質測量中空間信息系統的結構體系簡化圖。

圖1 測量煤礦地質空間信息的信息系統的結構體系簡化圖

1.3 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統系統特點的簡述

測量煤礦地質空間信息的信息系統將GIS軟件的高效、直觀、靈活的數據查詢、管理、空間綜合分析功能與Auto CAD軟件非常簡單而實用的圖形編輯功能完美地銜接在了一起，并采用時興的組件式開發技術，避免了繁瑣的系統維護工作，使系統的可擴展性與穩定性得以增強。而且因系統組件具有地質測量特有的專業功能，使系統可根據系統用戶需求的不同而設定出個性化的定制功能。

煤礦地質測量空間信息系統對空間數據庫完全支持，管理方式可靠而安全，煤礦的各專業數據在該系統中得以共享并實現多元數據集成。用戶只需利用數據庫中的測量數據，就可以輕松延伸各水平、工作面及采區巷道，完成對各種巷道間立體空間交叉關系的處理。

煤礦地質測量空間信息系統是利用各種控件構成的，留有很多的二次開發接口，用戶日后能根據自身的需求進行定制化的控件開發和系統升級完善。

該系統有交互式和全自動兩種方式可以矢量化煤礦的各種礦圖，過往難倒煤礦行業信息化工作者的數據難以采集的問題在該系統中得以完美的解決。

該系統中的符號庫依我國煤礦行業規范制定，滿足業內標準要求，其符號還可以與Auto CAD圖例庫中的符號相互轉換，系統附帶圖例制作和管理工具，用戶亦能親自量身定制若干圖例加入到系統的符號庫中。系統有多樣的頁面排版模式，支持局部和全圖預覽及輸出打印功能，幾乎國內市場上銷售的各種打印機和繪圖儀都能與該系統實現連接。

煤礦所在處地質結構一般都較為復雜，控制點又極少，煤礦地質測量空間信息系統開發人員為此專門提出了適合煤礦行業工作使用的全新理論，使系統能夠實現自動構成技術與修改技術完美融合。各種煤層底板等值線的生成和各種復雜的地質結構如煤層頂底板、斷層、鉆孔等的礦山地質模型構建在該系統中都能輕而易舉的實現。

2 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統關鍵技術的探討

2.1 關于采集煤礦地質測量空間信息數據的關鍵技術的探討

在煤礦地質測量空間信息系統中，采集信息數據一般都通過井下實測、勘探、遙感、全球定位系統GPS、數字攝影燈手段來完成。而數據的組織則要依靠三種途徑，即建立煤礦地質測量采掘等基礎數據庫、獲取現有專業圖紙中的數據、用其他軟件接口獲取所需數據三種途徑來實現。

在建立煤礦地質測量采掘等基礎數據庫這一途徑上來看，煤礦生產是一個活躍的動態過程，大量的實測資料會從生產過程中涌現出來，數據庫是僅有的煤礦生產管理的理想選擇。數據庫包含水文地質、煤礦地質、測量、儲量、采掘等基本信息，數據庫必須要讓系統用戶能輕松地完成基礎數據的查詢、修改、統計、錄入、報表等操作。且必須設立數據接口用以連接計算機的成圖系統，系統能夠采用基于B-S 和C-S的兩極模式進行管理，技術人員在地質測量中通過C-S模式對基礎數據進行操作，完成數據的維護和動態修改。生產管理人員訪問和查詢基礎數據庫中的各種數據則通過B-S模式來實現，從而針對數據庫中的數據指導生產現場的工作。

在獲取現有專業圖紙中的數據方面，多年的煤礦開采工作已經積累下來大量的生產圖紙和生產資料，從中可以獲得大量的有效信息，一半在獲取過往圖紙的數據時，要對其進行矢量化處理來將圖紙中的信息轉化為矢量數據。

2.2 關于設計煤礦地質測量GIS平臺的關鍵技術探討

OMT是一種面對對象的軟件開發方法，煤礦地質測量空間信息系統就是利用OMT來對需要解決的問題進行抽象處理，使相應的簡化模型得以建立，讓問題空間的信息得以全面被系統捕捉。在設計煤礦地質測量GIS平臺時，讓圖形數據結構具有層次結構是比較理想的選擇，這樣不但能夠讓描述變得更為方便，管理也能變得更為簡單。圖像數據結構中的每一個對象都由其成員數據以及作用于成員數據的操作所構成，Windows消息驅動結構和OMT面對對象的技術在煤礦地質測量空間信息系統中都被采用使得其軟件的開發從本質上發生了飛躍。軟件的可操作性、模塊化、穩定性以及代碼的可維護性、可重用性都因對象的繼承性和封裝性而獲得了大幅的提高。

2.3 關于自動生成地質測量圖紙的關鍵技術的探討

地質測量圖紙不僅是地質測量工作的成果展示，更是煤礦勘探、設計、開采、成產等一系列過程的重要依據和基本資料，通常而言，地質測量圖紙分平面類圖、柱狀類圖和剖面類圖三大類。

平面類圖一般都會被用于表達點狀標志、文字標注和區域邊界等值線等。在處理平面類圖的過程當中，復雜條件下TIN的自動生成、平面與剖面的自動對應和動態修改、任意切剖面以及平面圖上的儲量與損失量的自動計算、工程平面圖上巷道的自動延伸、巷道空間交叉關系的自動處理等都是要解決的內容。

地質測量圖紙中最為規范的一種就是柱狀類圖，其能描述區域地層和鉆孔穿過地層且描述具有很強的說明性，巖層、地層系統、巖性符號的各欄說明文字間的關系協調是關鍵。除此之外，柱狀類圖紙的格式定義也是必須要考慮的內容。

剖面類地質圖需沿著主要石門和勘探的方向切繪完成，剖面圖所對應的剖面上的煤層、含水層、標志層和地質界線的位置、井巷間的關系以及構成形態都必須在圖紙上明確地反應出來，剖面類地質圖是研究和分析煤礦地質構造、進行采掘設計、編制綜合圖紙、布置勘探生產工作、計算煤礦儲量的基礎資料和重要依據。

3 測量煤礦地質空間信息的信息系統重要性與發展趨勢

3.1 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統重要性的闡述

已經有大量國內外研究數據表明，在煤礦地質的信息管理、處理、分析中運用煤礦地質測量空間信息系統，能很大程度上預防意外事件的發生并將重大災害所帶來的損失減到最低。目前我國的煤礦行業采礦設計部門和生產管理部門已經離不開該系統的數據共享與傳輸所提供的基礎數據支持，其讓煤礦地質測量空間信息系統的構建真正實現了數據的自動化管理。一些基礎類圖紙的處理工作不再需要大量的人力來完成處理，僅僅依靠該系統就能自動完成，節省了大量的人力資源，也避免了圖紙上出現人為錯誤的可能性。從而煤礦開采工作也變得更為科學，不僅安全性大大提高，煤礦的生產率也得以成倍地提升。

3.2 關于測量煤礦地質空間信息的信息系統發展趨勢的闡述

未來幾年里，GPS、數字攝影、地面物探、礦井物探、三維地質勘探等技術肯定都會逐步融入到煤礦地質測量空間信息系統的應用功能當中，系統的信息數據會更大程度上得到完善。該系統提供的信息資料和基礎數據肯定會變得越來越精確，礦井物探、瓦斯、地壓、測井等多元地質信息肯定會有機融入到系統當中。信息的分析和處理形式肯定會更加多樣化，呈現出圖像、聲音、文字、音頻等相結合的多媒體特點。系統的操作會變得更加簡單而快速，地質測量圖像及數據的實時查詢管理也應該能夠得以實現，不僅如此，系統的集成化特點也會表現得更加突出。系統肯定將變得更加智能化，將會針對數據為用戶在做決策的過程中智能化地提供一些可供參考意見。

4 結束語

測量煤礦地質空間信息的信息系統采集數據和統計信息的方式恰當對如今煤礦行業的生產技術管理上要求予以了滿足，充分考慮了煤礦地質測量數據的活躍性、動態性和不確定性，為用戶在做相關決策時提供了可靠的數據支持，有效保障了煤礦生產過程的安全并讓煤礦行業的生產效率有了大幅提高。本文的探討甚為粗淺，更為完善的理論還有待廣大相關工作者深入探究之后建立。

［1］劉永高.煤礦地質測量空間信息系統及發展趨勢分析［J］.科技與企業，2012，05：94.

［2］蘇艷民，姜雁.空間信息系統在煤礦地質測量中的技術研究［J］.黑龍江科技信息，2010，26：81.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.055