矿井三维信息管理模式与CoalM iner3D 系统开发

王　梅1 , 张建民2 , 王宇飞3 , 肖海红1 , 黄　为1
(11北京国土资源遥感公司, 北京100085; 21中国神华能源股份公司, 北京100011; 31中国矿业大学(北京校区) , 北京100083)
[摘　要] 　矿井三维信息管理对煤田的有效科学规划和安全高效生产有着重要的意义, 也是实现矿山管理和生产现代化的关键技术之一。依托“大柳塔煤矿三维信息管理决策系统”项目, 面向煤田的有效科学规划和安全高效生产, 针对煤矿的生产、安全与管理的特点, 以矿山专业软件Micro2mine为系统开发平台, 利用Visual C + +和数据库技术, 以各种地质、测量、采矿工程数据为基础,以三维可视化技术以及地质建模技术为手段, 初步开发了具有真三维特点的煤矿生产管理信息系统CoalM iner3D 。系统有助于指导矿区的科学规划、资源管理、安全生产、辅助决策等, 也为国内的其他矿井提供信息化建设的样板。
[关键词] 　三维信息管理; 三维建模; 三维可视化系统; CoalM iner3D
1　国内外矿井信息管理应用与基本需求国内外在矿井信息管理方面的应用发展很不平
衡, 国外矿山三维信息管理技术起步较早, 三维信息管理软件涵盖了矿产资源勘探、开发和生产管理的各个阶段, 一些主要产煤国已在实现综合机械化基础上, 实行全过程的信息化管理。目前国外与矿山有关的研究成果以及矿井信息管理的软件系统大都集中解决了与露天采矿有关的一系列地质工程、生产和工艺等问题。这些矿山信息管理系统主要有
Micromine, M INESCAPE, Datamine, Surpac2000,Lynx和VULCAN等, 它们的应用主要体现在对各种基于GIS的数据集成三维地质建模、采矿工艺流程设计、采矿生产管理、各种地质图、专题图制作、地质储量评估、钻孔数据管理和生产进度管理等。虽然, Micromine和Datamine等系统也可以应用于地下开采, 但系统的功能与我国矿井生产的实际需求还是有一定的差距。国内矿山的信息化建设相对滞后, 在计算机技术引进煤矿生产之前, 对所有煤矿空间信息(如煤层及其顶底板岩层、断层、冲刷带、煤层露头、测量数据等) 的管理、分析和研究完全是人工完成的。随着对高产高效矿井管理信息系统要求的不断提高, 国内也研究出一些具有简单三维可视化功能的矿井软件, 但是与国外的矿井信息管理软件相比仍存在很大的差距, 主要表现在: 基于二维GIS的图形管理, 停留在传统图形的读图和制图水平;可视化水平较低, 不便于矿山各种信息集成后的综合分析; 数据管理水平较低, 由于矿山内容广泛,尚没有统一的数据管理系统包含上述各种信息。随着煤炭开采引发的地质灾害日趋严重, 不仅造成了矿井经济损失, 而且严重威胁着矿井工作人员的生命安全, 因此, 研究出一套面向矿井安全高效生产矿井三维信息管理系统, 对保证煤炭安全生产和煤炭工业的可持续发展具有重要意义。本文依托北京国土资源遥感公司承接神华集团神东公司的“大柳塔煤矿三维信息管理决策系统”项目进行研究, 以“实用”为根本出发点, 应用成熟先进的信息处理技术, 建成了一套集信息采集、分析、处理、共享、管理为一体的高度自动化管理系统———矿井三维可视化信息系统(CoalM iner3D ) , 为国内的其他矿井提供了信息化建设的样板。
2　系统设计
211　系统设计思路
系统的设计思路遵循下面的原则为:专业管理数据采集处理标准化;专题信息处理的流程化和自动化;成果制作标准和共享网络化;矿井生产与安全信息的三维可视化。
212　系统总体设计
矿井生产与安全三维动态信息管理系统建设是一个集“3S”技术、3D显示技术、仿真技术等多项高新技术的工程体系, 通过对试验矿井进行严谨的需求分析, 制定了系统的详细目标:
(1) 建立基于统一空间坐标系统的矿井生产与安全管理基础数据集, 通过系统、规范的多源数据采集, 建立大柳塔井田空间基础数据集;
(2) 利用三维地质建模技术, 提取矿井生产与安全管理有关的三维目标要素, 实现三维矿井目标的综合建模;
(3) 建立流程化和标准化的信息处理流程,自动制图系统能够通过数据采集系统实现图形信息自动更新;
(4) 通过开发三维可视化(模型、显示与动态管理) 技术, 提高井田开发与井下生产动态管
理的可视化水平;
(5) 实现基础空间数据、规划数据和生产管理数据等内容的一体化管理, 提高信息集成化和服务水平。
最终可以建立依托国际先进的三维GIS技术和矿区高效能的网络体系、应用高新技术和先进管理方法的“矿井生产与安全三维信息管理系统”, 实现矿井生产多级管理、多专题信息查询、动态分析和管理的自动化和流程化, 为矿井生产与安全动态管理提出可见、方便、便捷的工具, 形成基于现代信息技术的完整解决方案。
213　系统功能设计
按照矿井生产与安全管理的内容要求, 本系统的主要功能设计为以下几个模块:
(1) 数据采集功能　根据大柳塔矿井目前数据采集的模式和要求, 针对钻孔、巷道、工作面、辅助设施和煤质等不同类型的数据, 进行录入、检查、定位查询、追加、删除等基本操作;
(2) 基础数据管理功能　针对系统基础信息的存贮、查询、更新、信息可视化显示要求, 主要对钻探数据、巷道数据、工作面数据、地理数据、影像数据及其他生产辅助设施数据进行管理。实现上述各类数据的导入、导出、基础数据的检查, 以及平面图、立体图和剖面图的显示功能;
(3) 三维综合建模功能　实现涉及矿山生产各类三维目标的创建、更新、编辑、检查等功能,完成建模基础数据更新后的岩层、煤层、断层等各类地质目标和巷道工程、辅助管线等矿山生产目标的建模;
(4) 专题辅助分析功能　为矿山常用的以钻孔、煤质数据和各种动态信息为基础信息提供分析工具, 同时对大矿特殊的地质问题如溃水溃沙等提供一些具体的解决方案, 其结果信息将作为专题制图的基础信息;
(5) 专题自动制图功能　基于三维建模、专题分析等基础信息和子系统的分析统计结果, 按照各专业和生产管理中各种成果的要求, 自动成图和输出, 为各个部门提供相应的制图工具。
(6) 矿井三维信息浏览与查询功能　根据不同专业提取各种三维信息内容要求进行组合, 共分为矿井生产系统、矿井地质系统和矿井安全实时监测3大类。它们提供了从地表到地下的矿井各个作业系统的立体图和主要内容的查询功能。该子系统要求能够灵活加载并分类显示各个三维目标和查询其属性, 是三维可视化成果的最终体现;
(7) 系统管理功能　主要是为系统的访问提供安全服务;
(8) 系统帮助功能　提供了比较详尽的CHM格式的帮助系统, 介绍使用方法。
214　系统基本结构
本系统的应用服务功能体系分为3个层次, 在完成系统集成即应用功能层后继续进行各专业专题

4　结束语
对矿井生产与安全三维动态信息管理系统CoalM iner3D的开发, 是基于具有国际商业化水平的三维GIS系统平台, 以建立具有简单、实用和智能为特点的矿井生产与安全三维信息管理系统为目标, 选择具有代表意义的神东公司大柳塔矿作为试验矿井, 从矿井高产高效生产与安全管理的实际出发, 集成历史和现在的各种专题数据于三维统一空间基础上的可视化环境中, 充分掌握信息管理过程中的信息获取、处理、网络成果共享、动态决策支
持等关键环节和主要功能需要, 最终实现管理的网络化目标。Coa lM iner3D是一个开放式系统, 其建立的三维可视化平台为矿井的信息管理现代化打下了基础,其着眼点在为矿井生产的指挥决策和实时分析逼真模拟出复杂的地质和工程条件, 宏观上为决策管理的科学化提供了实现平台。
[参考文献]
[ 1 ] 北京国土资源遥感公司. 矿井三维可视化信息系统研究报告
[ R ]. 北京: 北京国土资源遥感公司, 2004.
[ 2 ] 北京国土资源遥感公司. 矿井三维可视化信息系统设计说明书
[ R ]. 北京: 北京国土资源遥感公司, 2003.
[ 3 ] 神华集团神东公司. 神东公司大柳塔煤矿地质勘探报告[ R ].北京: 神华集团神东公司, 2001.
[ 4 ] 吴立新, 等. 矿业GIS基础软件Titan2MGIS总体设计[ R ].北京: 中国矿业大学北京校区.
[责任编辑: 邹正立]