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我国煤矿地质测量空间信息系统的研发和应用现状
2012年4月10日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:未知

    摘要:分析了我国煤矿地质测量空间信息系统的研发和应用现状,并从信息采集的多源化、管理的网络化、决策支持的智能化,以及与其他专业系统集成化的角度,分析了煤矿地质测量空间信息系统发展的趋势。

    1 引言

    当今时代,信息化与网络化已成为各行业数字化的重要基础手段,在企业应用中起到十分重要的作用。与现代化技术先进的国家比较,我国煤矿企业信息化基础设施相对落后;煤矿管理过于粗放;煤矿生产各部门的系统开发相对孤立,没有形成统一的信息化标准体系和共享机制;再加之煤矿生产信息本身的灰色性和动态性,导致了煤矿企业信息化与网络化工作的相对滞后。近年来,我国煤矿数字化和信息化有了长足的发展,信息化已成为改造传统煤矿产业的助力器。

    2 煤矿地质测量空间信息系统的研发与应用现状

    煤矿地质测量资料是一种活跃的、动态变化的、与空间位置密切相关的信息,而且具有一定的不确定性。随着煤矿生产过程的推进,煤矿地质测量资料的积累逐步丰富,人们对煤矿开采地质条件的认识也由灰变白。因此,采用人工检索、分析和处理地质测量信息资料,难以满足煤矿现代化生产与技术管理的需要,尤其是为了准确预防和快速处理矿井重大灾害事故,及时提供采矿设计与经营决策的基础数据,更有必要利用计算机和网络技术,来实现煤矿地质测量数据的自动化管理,地质测量专业各种基础图件的自动生成,以及对井下突发事件的快速、准确地进行分析与决策[1]。

    煤炭科学研究总院西安分院,是国内最早从事煤矿地质测量信息系统研发的单位之一,先后经历了AutoCAD二次开发,Dos平台下自主平台的煤矿地质信息系统MgCAD的开发,Windows平台下煤矿地测信息系统MsGIS开发的3个阶段,2003年推出了最新版的煤矿地质测量信息管理系统MsGIS3.0,产品在全国近40对矿井推广使用,为我国煤矿的信息化建设作出了一定的贡献。此外,国内还有数家单位在从事煤矿地测信息系统的开发与推广工作,如北京龙软公司,西安科技大学,山东科技大学,河南煤田地质局等。在系统开发方面,我国煤矿地质测量空间信息系统的发展主要通过如下两种途径:

    2.1 通用绘图系统或通用GIS系统平台上的二次开发通用绘图系统(如AutoCAD、MicroStation等)和通用GIS系统(如Arcview,MapInfo、MapGIS、SuperMap等)由于其通用性和开放性赢得了广大用户的青睐。这类软件用于地质、测量和采矿目的时,一般必需以接口文件或动态函数库进行二次开发。由于地质体本身的复杂性和多解性,这类软件很难完全满足地质学家及矿井工作者的实际要求,难于达到商品化程度,没有真正形成市场。

    2.2 自主版权的煤矿专用GIS系统平台的研制开发煤矿专用的GIS系统平台,可以充分考虑煤矿生产的专业特点,跟踪生产的全过程。这种开发方式难度较大,需要相当的实力和长久的考验。VC++语言是系统平台开发的首选语言,属性数据则大多由Oracle 7、Sybase、Db 2、SqlSever 2000等数据库来管理。在煤矿地质测量专业GIS平台的设计中,层次结构的图形数据结构设计是一种理想的选择,它不仅描述方便,而且便于管理。图形数据结构中的每一个对象都由其成员数据和作用于成员数据的操作所组成。此外,作为一个专业的图形数据库还要充分考虑其专业特性[2],其中有:

    a.成分特征:独特的点型、线形、岩石符号、以及专业对象的表现形式;

    b.时代特征:地层时代的先后顺序;

    c.空间特征:地层和地层之间,地层和构造之间,以及构造与构造之间的空间拓扑关系;

    d.动态特征:实体信息由灰变白,空间关系逐渐明朗。面向对象的软件开发方法OMT(Object Modeling Technique)以面向对象的思想为基础,通过对问题进行抽象,构造出一组相关的模型,从而能全面地捕捉问题空间的信息[3]。面向对象技术和Windows的消息驱动结构,使得软件开发有了一个根本性的飞跃。通过对象的封装性和继承性使得软件的模块化、稳定性、可操作性、可维护性以及代码的可重用性都大大地提高。

    目前,国内开发的煤矿地质测量空间系统已初步具备了煤矿生产地测资料的处理与常用图件的编制功能,但无论是功能还是内容均不够完善,不能完全满足现场工作人员日益增长的更高要求。煤矿地测软件已有向通风、设计、安全方面扩展,形成一个为煤矿全方位服务的完整的信息系统的发展趋势。

    3 煤矿地质测量空间信息系统的发展趋势

    3.1 信息的多源化从信息获取的角度,煤矿地质测量空间信息的获取手段越来越丰富。从以往单一的钻探手段发展为集遥感、数字摄影、GPS(全球定位系统),以及三维地震勘探和其他地面物探、矿井物探等手段为一体的立体勘探模式。在数据内容上则以煤矿地质、水文地质、测量、采掘信息为基础,更多地融入地面物探(如地震、瞬变电磁勘探)、矿井物探(如槽波、坑透、瑞雷波勘探)、测井及其他地压、瓦斯资料等多源地质信息。在表现形式上,更多地呈现出集图、文、声、像为一体的多媒体特征。计算机信息处理技术作为一种十分经济有效的手段,对这些多源信息进行综合分析处理具有相当的优越性,主要表现在以下几个方面:

    a. 现有资料的整理、归纳,包括各种手段,方法所获取数据的规范化。

    b. 现有资料的深层次利用。一是提高资料利用的深度和广度,通过改进现有方法与手段,开发新的方法和手段,提高资料自身的利用水平,挖掘其潜在的信息资源。二是综合利用,将多源信息组合、叠加以获取新的信息,通过对比、分析,动态交互不断提高认识水平,从而实现对地质资料认识的由灰变白。

    c. 信息的可视化。将地质、测量模型和各种分析处理数据直观地展示给现场工作人员,再结合现场经验和实际材料等“软”数据,对地质条件作出客观分析与判断。

    3.2 管理的网络化Intranet内联网的出现,给实用化的企业网络系统构建带来了巨大活力。采用全新的Intranet技术,可以实现信息的完全共享,从而实现企业信息管理的网络化、快速化。信息共享、高效管理是社会所需,企业所需,当然煤炭行业也不例外。煤矿地测工作直接关系到煤矿生产的安全管理。为此,实现地测数据与图形的实时网络管理与查询,是煤矿企业领导监督管理的重要手段。一个矿务局(集团公司)一般包括多个煤矿,由于地域的分布特征,有相当部分的资料存在共性。目前煤矿所采用的地测信息系统的数据库大多采用桌面数据库,而桌面数据库的缺点是资料的独立性太强,共享困难。这就造成了各个煤矿“各自为政”,矿务局的统一管理非常困难;达不到资源共享的目的,同时还增加了冗余数据;信息的传递速度也慢,统计、汇总麻烦,造成大量人力、物力、财力的浪费。采用客户端/服务器(C/S)与浏览器/服务器(B/S)相结合的二级管理模式,可以很好的满足局矿两级网络化管理的需要。也就是说,针对地测专业的技术人员,他们通过C-S模式操作基础数据,完成地测部门日常工作对数据的动态修改与维护;而对于矿级或局级的领导,他们通过B-S模式来访问基础数据库中的数据,查询关心的信息,指导现场生产。

    3.3 决策支持的智能化开采地质条件与采煤设备的适应性问题,是世界各主要产煤国家在发展机械化采煤中普遍遇到的问题,与其他采煤方法相比较,综合机械化采煤对地质条件的要求更加苛刻,所以在高产高效矿井的建设中地质保障的任务就更加突出和艰巨。煤矿地质测量资料是煤矿生产最基础的资料,煤矿地质测量常用图件是煤矿生产成果最直观的表现形式;原始资料与成果图件是指导煤矿生产的基础。通过数据挖掘技术,从煤矿地质测量空间数据库中发掘和提取隐藏在其中的潜在信息或模式,从而为预测和决策行为提供决策支持。矿井构造、煤厚及顶底板变化、瓦斯、涌水、地压等灾害地质条件均严重影响煤矿生产。因此,许多煤矿工作者都在尝试寻找相应的模型与决策机制解决这些问题。例如多元逐步判别分析模型、相似类比综合评判模型、灰色关联分析模型在矿井突水水源的快速识别中得到了较好的应用[4]。

    人工神经网络模拟生物神经网络的结构和功能,由大量类似于神经元的简单处理单元(通常为自适应的)相互联结成复杂网络,具有较强的非线性影射能力,在矿井构造定量评价[5]、地下水水质评价[6]以及岩溶水水位预报[7]等方面均取得了较好的应用。遗传算法因其实用、高效,且具较强的适应性而应用于预报地下水位[8]和求解水文地质反演问题[9]。3.4 系统的集成化与“数字地球”发展相适应,数字煤矿的发展战略将是21世纪矿山企业振兴和发展的必由之路[10]。数字煤矿的基本任务是在矿业信息数据库的基础上,充分利用现代空间分析、数字采集、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体及其他新技术,为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理,进行模拟仿真与过程分析提供新的技术平台和强大工具。数字煤矿的最终目标是实现煤矿的高度信息化、自动化和高效率,乃至遥控采矿和无人采矿。由于煤矿生产作业流程的动态性与复杂性,数字煤矿的建设必将是一个庞大的、复杂的、长期的系统工程。在煤矿企业不同的专业部门已经具有和正在开发相应的信息管理系统,并形成了一定的信息化规模。如在煤矿采掘领域开发了煤矿地质测量空间信息管理、复杂地质条件综合保障、采矿开采设计等系统;在煤矿安全领域开发了一通三防信息管理、安全监测实时预警以及井下人员跟踪识别救护等系统;在生产管理领域开发了煤矿ERP系统、设备管理系统等。在数字煤矿的发展进程中,资料的共享,系统的集成是一个必然的发展方向。

    4 结论

    信息技术的发展使得当今社会在信息的获取、存储、分析、处理和发布等方面取得了实质性的进展。数字煤矿的发展战略要求煤矿各生产部门在开发各自专业管理软件的同时,要制定统一的信息化标准体系和相应的共享机制。煤矿地质测量工作在煤矿企业安全生产中的基础地位,决定了发展煤矿地质测量空间信息系统的重要性。地质测量信息采集的多源化、管理的网络化、决策支持的智能化以及与其他专业系统的集成,是煤矿地质测量空间信息系统发展的方向。

    参考文献

    [1] 姜在炳.煤矿地质测量信息系统(MSGIS2.5)[J].煤田地质与勘探,2003,31(5):4-5.

    [2] 萨贤春,姜在炳,孙涛等.煤矿地测信息系统(MSGIS)[J].地质论评,2000,46(增刊):150-154.

    [3] 李强,贾云霞. Visual C++项目开发与实践[M].北京:中国铁道出版社,2003:6-16.

    [4] 张永泰,姜在炳.矿井突水水源类型判别模型及其系统实现[J].煤田地质与勘探,2003,31(3):35-37.

    [5] 朱宝龙,夏玉成.人工神经网络在矿井构造定量评价中的应用[J].煤田地质与勘探,2001,29(6):15-17.

    [6] 李凤全,林年丰.神经网络和地理信息系统耦合方法在地下水水质评价中的应用[J].长春科技大学学报,2001,(1).

    [7] 李根义,朱学愚.实数编码遗传算法优化的神经网络模型在岩溶水水位预报中的应用[J].南京大学学报,2001,(3).

    [8] Karpouzos D K,Delay F,Katsifarakis KL,deMarsily G. Amultipopu-lation genetic algorithm to solve the inverse problem in hydrogeology[J]. Water Resources esearch,2001,(9).

    [9] ZHANG Wen-quan, ZHANGHong-ri, Li jiaxiang,LIUWei-tao. Con-sultation system of forecasting the mine floor flood[J]. Journal of CoalScience&Engineering,2001,(1).

    [10] 吴立新,殷作如,邓智毅等·论21世纪的矿山———数字矿山[J].煤炭学报,2000,25(4):337-342.第33卷第2期 

标签:煤矿地质
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