應用GIS的地質(zhì)測量信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

武藝

摘 ?要：傳統(tǒng)的煤礦GIS系統(tǒng)的應用主要集中于地測管理、礦產(chǎn)資源管理、礦圖管理等，要實現(xiàn)完全的礦山數(shù)字化方案，提高地測空間信息的利用率，就必須研發(fā)基于GIS平臺的專業(yè)圖形繪制管理系統(tǒng)軟件——地質(zhì)測量管理信息系統(tǒng)，從根本上彌補當前礦用圖形繪制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)上的不足，為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。該文詳細闡述了地質(zhì)測量管理信息系統(tǒng)的總體架構(gòu)設計與實現(xiàn)方法，實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)共享，保證同一空間要素在不同圖件中的一致性、完整性，為煤礦測量生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：GIS ?地質(zhì) ?測量 ?信息系統(tǒng)

中圖分類號：TD175 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0021-03

Design and implementation of geological survey information system based on GIS

WU Yi

（Geological Survey Team of Guizhou Coalfield Geological Bureau， Guiyang， Guizhou Province， 520100 China）

Abstract： The application of traditional coal mine GIS system mainly focuses on geological survey management， mineral resources management， mine map management and so on. In order to realize the complete mine digitization scheme and improve the utilization rate of geological survey spatial information， it is necessary to research and develop based on geological survey management information system， a professional graphic drawing management system software of GIS platform， fundamentally makes up for the deficiencies of current mining graphics drawing system and information management system， and provides technical support for coal mine safety production. This paper describes the overall architecture design and implementation method of geological survey management information system. The practice results show that the system realizes spatial data sharing and ensures the consistency and integrity of the same spatial element in different maps. The system provides strong technical support for coal mine survey production.

Key Words： GIS; Geology; Surveying; Information system

隨著煤炭改革的深化及現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，煤炭管理信息化成為必然趨勢。一方面，煤炭行業(yè)管理呈現(xiàn)信息形式標準化、信息傳遞規(guī)范化以及信息內(nèi)容系統(tǒng)化、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控自動化的趨勢;另一方面，煤礦生產(chǎn)管理中產(chǎn)生許多不同類型和格式的數(shù)據(jù)，將這些海量信息集成并挖掘，為煤礦安全生產(chǎn)決策提供空間信息依據(jù)，成為礦山信息數(shù)字化的目標之一[1]。礦山信息數(shù)字化的基本技術(shù)手段是應用地理信息系統(tǒng)（GIS），建立煤礦專用的地理信息系統(tǒng)是礦山信息數(shù)字化的基本內(nèi)容[2]。目前，煤礦GIS系統(tǒng)的應用主要集中于地測管理、安全監(jiān)控、通風管理、礦產(chǎn)資源管理、礦圖管理、設備管理等[3]。要實現(xiàn)完全的礦山數(shù)字化方案，提高地測空間信息的利用率，必須研發(fā)基于GIS平臺的專業(yè)圖形繪制管理系統(tǒng)軟件——地質(zhì)測量管理信息系統(tǒng)，從根本上彌補當前礦用圖形繪制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)上的不足，為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 ?系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)采用C#程序設計語言，基于.NET Franmework2.0和ArcGIS Engine開發(fā)平臺，運用SQL Server 2017 Express數(shù)據(jù)庫進行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的管理與分析。系統(tǒng)總體基于C/S模式設計，采用用戶應用層、商業(yè)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層3層結(jié)構(gòu)形式，總體架構(gòu)圖如圖1所示。GIS平臺數(shù)據(jù)存儲與分析功能較強，但繪圖功能相對較弱，因此在進行系統(tǒng)架構(gòu)設計時，用戶應用層為滿足用戶使用習慣應盡量模仿CAD繪圖軟件。用戶應用層主要為用戶提供交互式操作界面，包括引導窗口和主窗口。

2 ?系統(tǒng)功能設計

煤礦地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)是采礦生產(chǎn)活動的最重要空間數(shù)據(jù)提供者。根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實際需要，煤礦地質(zhì)測量系統(tǒng)應管理煤礦地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)和相關(guān)圖件，如煤礦地質(zhì)勘查資料、煤礦生產(chǎn)地質(zhì)測量資料以及工程平面圖等，同時，可以根據(jù)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)自動或手動填寫和繪制礦圖[4]。因此，煤礦地質(zhì)測量系統(tǒng)主要包括5項主要業(yè)務：井巷工程圖繪制、采掘面測量收尺、導線測量數(shù)據(jù)管理與制圖、地質(zhì)數(shù)據(jù)管理以及自動測繪管理、采礦工作面的管理等。

2.1 井巷工程繪制

井巷工程是采礦和挖掘工程計劃中的一類基本要素。繪制井巷工程圖可以充分反映井巷的范圍以及工程空間位置。主要要素包括設計巷道、未納入掘進面管理的施工巷道及其附屬物（井筒、硐室）、井巷工程注記（包括巷道注記、采煤面注記）。井巷工程圖不僅包括道路和中心線的制圖（井巷和井巷工程附屬物繪制），而且還包括巷道中心線的修改（井巷和井巷工程附屬物修改）。根據(jù)CAD繪圖習慣，設計道路處理和施工道路處理之間沒有區(qū)別。用戶可以選擇要繪制和修改的道路圖層，并自動區(qū)分后處理。

2.2 采掘面測量收尺

采掘面測量收尺下的掘進面收尺和采煤面收尺是為地質(zhì)測量部門按月對掘進面和采煤面收尺提供方便，即將所得的收尺數(shù)據(jù)通過該系統(tǒng)的采掘面測量收尺功能錄入到系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)收尺數(shù)據(jù)推進采掘工作面，從而對礦圖進行更新。

對于采煤面收尺，輸入所選采煤面的最新進尺數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶輸入的機風巷進尺，首先保存采煤面測量收尺記錄，然后從切割巷開始，計算并生成當前開采線，更新采空區(qū)和未采區(qū)域圖層。更新相關(guān)聯(lián)的采煤面及采空區(qū)，使圖上回采進度與實際保持一致。

對于掘進面收尺，用戶對每個掘進面錄入當月收尺數(shù)以及每段長度與坡度，保存測量收尺信息，計算該期平面進尺數(shù)，然后沿掘進面的設計巷道方向，延伸掘進面對應的施工巷道并保存，使圖上掘進進度與實際保持一致。

2.3 導線測量資料管理與成圖

為保證井巷工程施工質(zhì)量（方向、標高、斷面大小等），巷道每掘進一段以后，需要使用經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器，對巷道進行嚴格測量，并及時整理資料，更新采掘工程平面圖[5]。

2.4 地質(zhì)資料管理與自動成圖

地質(zhì)構(gòu)造的觀測、推斷、解釋是一個復雜的過程，它直接關(guān)系到煤礦采掘作業(yè)的安危，因此，地質(zhì)測量管理系統(tǒng)必須將其作為關(guān)鍵資料進行管理、成圖。由于地質(zhì)構(gòu)造推斷、解釋非常復雜，很難將其納入軟件系統(tǒng)處理，因此，地質(zhì)構(gòu)造管理的重點主要放在原始資料管理以及自動成圖兩個方面。

2.5 采掘工作面管理

采掘工作面管理包括掘進工作面管理和采煤工作面管理。掘進工作面管理是對井巷掘進過程中的關(guān)鍵巷道掘進進行跟蹤、管理、成檔，輸入掘進工作面基本信息，選擇所掘設計巷道以及掘進開始點，掘進方向即可保存掘進面信息。采煤工作面管理要求輸入采煤面基本信息，選擇組成采煤面的機巷、風巷、切割巷、輸入距離確定計劃停采線或選擇已有停采線，然后保存采煤面信息并根據(jù)所選擇的圖元，生成掘進面未采區(qū)域和一個空的采空區(qū)[6]。

3 ?系統(tǒng)功能實現(xiàn)

該系統(tǒng)既實現(xiàn)了地質(zhì)測量系統(tǒng)的常用功能，也實現(xiàn)了與業(yè)務信息的高度集成，其主要功能如下。

3.1 主窗口

主窗口界面和普通Windows應用程序類似，由標題欄、菜單欄、工具欄、?？繖?、狀態(tài)欄以及占有最大部分的地圖主視圖組成。除系統(tǒng)通用功能外，圖層管理器采用CAD風格設計，用戶可以根據(jù)圖層對圖形幾何對象、文字、標注等進行歸類處理;捕捉設置中，組織了多種捕捉類型的功能，用戶可以對捕捉的類型和捕捉參數(shù)進行相關(guān)的設置，提高了制圖精度和制圖效率;幾何編輯欄的左側(cè)列表會按序號顯示出圖元幾何體的結(jié)點坐標、與上一結(jié)點連接所構(gòu)成的邊的方位角和邊長，右側(cè)的選項卡則提供了通過坐標或者輸入數(shù)值修改圖元的功能;屬性編輯欄顯示當前編輯圖元的圖元屬性。系統(tǒng)總體界面如圖2所示。

3.2 井巷工程繪制

井巷工程繪制實現(xiàn)的功能包括繪制單折線巷道、繪制雙折線巷道、繪制單曲線巷道、繪制雙曲線巷道、修改巷道中心線、修改巷道邊線、巷道邊線交叉處理、巷道邊線轉(zhuǎn)角處理等功能。

3.3 采掘工作面管理

采掘工作面管理窗體作為一個關(guān)系數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)維護窗體，其界面與單純的關(guān)系數(shù)據(jù)維護窗體相同，包括工具欄、數(shù)據(jù)查詢區(qū)、數(shù)據(jù)瀏覽區(qū)。其不同點在于：該窗體需要打開礦圖后才能使用，并提供了地圖定位功能;掘進面管理實現(xiàn)的功能包括新建掘進面、修改掘進面、刪除掘進面、停止掘進面（停頭）、在地圖上定位掘進面位置、生成掘進面臺賬等;采煤面管理實現(xiàn)的功能包括新增采煤面、修改采煤面、刪除采煤面、停采報廢、在地圖上定位采煤面位置、生成采煤面臺賬等。

4 ?結(jié)語

通過研究GIS系統(tǒng)，地質(zhì)測量系統(tǒng)和礦井生產(chǎn)技術(shù)，建立了煤礦地質(zhì)測量信息系統(tǒng)，為煤礦生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。該系統(tǒng)最終設法共享空間數(shù)據(jù)，確保相同的空間元素在地圖上具有連貫性和完整性。實現(xiàn)煤礦圖形的數(shù)字化和可視化，并允許圖形和屬性的自動關(guān)聯(lián);局部特征更新后，相關(guān)地圖將自動更新以實施礦山地圖的自動和實時綜合、更新。目前，該系統(tǒng)已正式運行，其可用性、可靠性和可維護性基本滿足設計要求。由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，需要進一步提高空間分析功能。

參考文獻

[1] 胡海濤.公路地質(zhì)災害防治中地理信息系統(tǒng)的應用[J].黑龍江交通科技，2020，43（9）：54-55.

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[3] 王青海.山東地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].齊魯工業(yè)大學，2017.

[4] 田勇，劉守強，崔芳鵬，等.地質(zhì)信息系統(tǒng)進展及特征研究[J].能源與環(huán)保，2020，42（2）：34-39，43.

[5] 尚浩，嚴姍姍，李虎.基于數(shù)字孿生理論的濟南四維地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)研發(fā)[J].地質(zhì)學刊，2019，43（4）：599-605.

[6] 李乃強.工程地質(zhì)信息系統(tǒng)設計研究[J].地礦測繪，2019，35（4）：20-22.