试分析煤矿地质测量中空间信息系统的关键技术

郭瑞东，王广汉

（1.山东能源集团枣庄矿业集团公司；2.准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010399）

试分析煤矿地质测量中空间信息系统的关键技术

郭瑞东1，2，王广汉1，2

（1.山东能源集团枣庄矿业集团公司；2.准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010399）

本文对煤矿地质测量空间信息系统的基本功能、结构体系和系统特点分别进行了介绍，就该系统采集煤矿地质测量空间信息数据、设计煤矿地质测量GIS平台、自动生成地质测量图纸三大关键技术进行了展开讨论，并说明了该系统的重要性和发展趋势。

煤矿地质；空间信息；技术

测量煤矿地质空间信息的信息系统现在之于我国的煤矿行业中已得到广泛使用，其强大的功能让煤矿生产的安全性和高效性都大幅提高，每一个煤矿行业工作者对该系统进行了解都会大有裨益。

1 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统的简述

1.1 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统基本功能的简述

简单而言，测量煤矿地质空间信息的信息系统是帮助煤矿地测工作实现信息化、产业化管理的一个信息系统平台。展开来讲，测量煤矿地质空间信息的信息系统是世界范围内煤矿行业中所使用的计算机应用特点及现状被有关专家进行充分的分析之后，吸取了世界上最为先进的地理信息数据系统GIS、最先进的空间几何分析先进方法理论、最新的矿山专业课题研究的精髓的前提下而设计出的空间信息系统。其在有Windows运行环境的前提之下，能直接生成出煤矿工作中的断层数据、钻孔数据、测点数据等煤矿基础原始数据，并对保安煤柱图、地质勘探线的剖面图、工作面任意方向剖面图、采掘工程的平面图、底板等高线图、储量计算图等矿山地测工作中的各类地质测量图件进行动态修改。该系统是计算机技术、网络技术、3G/4G传输技术、摄像技术共同支持下的产物，目前已成为我国煤矿行业相关工作的重要依靠。

数据管理功能模块可以整理好矿井上、下测量中已获得数据并将其输入到计算机当中，以前后距导线计算的方法，算出测量数据所对应的成果。再加之以后距导线计算方法进行核实校对，在经过整理后将正确的成果输入成果台账，从而使一个测量成果数据库得以建立。

标定解算功能模块能在有三个已知测点时，测出三者间的水平夹角，将三点的坐标以及所测得的水平夹角一同输入计算机，算出其前方交会点、后方交会点或侧方交汇点的坐标。反过来，在已经三点交会点坐标的前提下，也能逆运算得到三个点的坐标位置。

数据查询功能模块能让系统操作人员在选择了工作地点和测点之后，就能得到其所对应的坐标、方位及标高，数据储存和维护的方式灵活，让煤矿的各专业数据得以共享并实现多元数据集成。可以说，整个煤矿地质测量中空间信息系统的可扩展性与稳定性都因为有了数据查询功能模块而大幅度增强。

图形生成功能模块是整个系统最为实用的功能模块，其能够利用已经测得的数据生成出测量巷道剖面图及等高线图，图像自动地实现水平、工作面及采区巷道位置关系空间处理。

1.2 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统结构体系的简述

测量煤矿地质空间信息的信息系统考虑了煤矿地质测量的实际具体流程和要求，将煤矿地质测量采掘的空间数据库作为其数据来源的基础，用户的数据的获取、存储、处理和更新以及信息的提取与分析等行为只要在煤矿内有在线网络支持就能够实现，从而建立起各种专业的模型库和图形库。完整的煤矿地质测量空间信息系统一般情况下有三个组成层次，第一个组成层次用以测得煤矿地质数据并对数据进行各种处理，包括录入、查询、汇总、修改和处理，最后生成出系统操作远远所需的各种数据表格和专业图纸。第二个组成层次则主要提供开放式的数据接口对接其他软件，以Web在网络支持的环境下浏览并查询煤矿地质的各种测量数据是其主要的实现手段。第三个组成层次是根据编制完成的各种图纸和原始资料为煤矿的安全生产的决策提供依据。图1为煤矿地质测量中空间信息系统的结构体系简化图。

图1 测量煤矿地质空间信息的信息系统的结构体系简化图

1.3 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统系统特点的简述

测量煤矿地质空间信息的信息系统将GIS软件的高效、直观、灵活的数据查询、管理、空间综合分析功能与Auto CAD软件非常简单而实用的图形编辑功能完美地衔接在了一起，并采用时兴的组件式开发技术，避免了繁琐的系统维护工作，使系统的可扩展性与稳定性得以增强。而且因系统组件具有地质测量特有的专业功能，使系统可根据系统用户需求的不同而设定出个性化的定制功能。

煤矿地质测量空间信息系统对空间数据库完全支持，管理方式可靠而安全，煤矿的各专业数据在该系统中得以共享并实现多元数据集成。用户只需利用数据库中的测量数据，就可以轻松延伸各水平、工作面及采区巷道，完成对各种巷道间立体空间交叉关系的处理。

煤矿地质测量空间信息系统是利用各种控件构成的，留有很多的二次开发接口，用户日后能根据自身的需求进行定制化的控件开发和系统升级完善。

该系统有交互式和全自动两种方式可以矢量化煤矿的各种矿图，过往难倒煤矿行业信息化工作者的数据难以采集的问题在该系统中得以完美的解决。

该系统中的符号库依我国煤矿行业规范制定，满足业内标准要求，其符号还可以与Auto CAD图例库中的符号相互转换，系统附带图例制作和管理工具，用户亦能亲自量身定制若干图例加入到系统的符号库中。系统有多样的页面排版模式，支持局部和全图预览及输出打印功能，几乎国内市场上销售的各种打印机和绘图仪都能与该系统实现连接。

煤矿所在处地质结构一般都较为复杂，控制点又极少，煤矿地质测量空间信息系统开发人员为此专门提出了适合煤矿行业工作使用的全新理论，使系统能够实现自动构成技术与修改技术完美融合。各种煤层底板等值线的生成和各种复杂的地质结构如煤层顶底板、断层、钻孔等的矿山地质模型构建在该系统中都能轻而易举的实现。

2 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统关键技术的探讨

2.1 关于采集煤矿地质测量空间信息数据的关键技术的探讨

在煤矿地质测量空间信息系统中，采集信息数据一般都通过井下实测、勘探、遥感、全球定位系统GPS、数字摄影灯手段来完成。而数据的组织则要依靠三种途径，即建立煤矿地质测量采掘等基础数据库、获取现有专业图纸中的数据、用其他软件接口获取所需数据三种途径来实现。

在建立煤矿地质测量采掘等基础数据库这一途径上来看，煤矿生产是一个活跃的动态过程，大量的实测资料会从生产过程中涌现出来，数据库是仅有的煤矿生产管理的理想选择。数据库包含水文地质、煤矿地质、测量、储量、采掘等基本信息，数据库必须要让系统用户能轻松地完成基础数据的查询、修改、统计、录入、报表等操作。且必须设立数据接口用以连接计算机的成图系统，系统能够采用基于B-S 和C-S的两极模式进行管理，技术人员在地质测量中通过C-S模式对基础数据进行操作，完成数据的维护和动态修改。生产管理人员访问和查询基础数据库中的各种数据则通过B-S模式来实现，从而针对数据库中的数据指导生产现场的工作。

在获取现有专业图纸中的数据方面，多年的煤矿开采工作已经积累下来大量的生产图纸和生产资料，从中可以获得大量的有效信息，一半在获取过往图纸的数据时，要对其进行矢量化处理来将图纸中的信息转化为矢量数据。

2.2 关于设计煤矿地质测量GIS平台的关键技术探讨

OMT是一种面对对象的软件开发方法，煤矿地质测量空间信息系统就是利用OMT来对需要解决的问题进行抽象处理，使相应的简化模型得以建立，让问题空间的信息得以全面被系统捕捉。在设计煤矿地质测量GIS平台时，让图形数据结构具有层次结构是比较理想的选择，这样不但能够让描述变得更为方便，管理也能变得更为简单。图像数据结构中的每一个对象都由其成员数据以及作用于成员数据的操作所构成，Windows消息驱动结构和OMT面对对象的技术在煤矿地质测量空间信息系统中都被采用使得其软件的开发从本质上发生了飞跃。软件的可操作性、模块化、稳定性以及代码的可维护性、可重用性都因对象的继承性和封装性而获得了大幅的提高。

2.3 关于自动生成地质测量图纸的关键技术的探讨

地质测量图纸不仅是地质测量工作的成果展示，更是煤矿勘探、设计、开采、成产等一系列过程的重要依据和基本资料，通常而言，地质测量图纸分平面类图、柱状类图和剖面类图三大类。

平面类图一般都会被用于表达点状标志、文字标注和区域边界等值线等。在处理平面类图的过程当中，复杂条件下TIN的自动生成、平面与剖面的自动对应和动态修改、任意切剖面以及平面图上的储量与损失量的自动计算、工程平面图上巷道的自动延伸、巷道空间交叉关系的自动处理等都是要解决的内容。

地质测量图纸中最为规范的一种就是柱状类图，其能描述区域地层和钻孔穿过地层且描述具有很强的说明性，岩层、地层系统、岩性符号的各栏说明文字间的关系协调是关键。除此之外，柱状类图纸的格式定义也是必须要考虑的内容。

剖面类地质图需沿着主要石门和勘探的方向切绘完成，剖面图所对应的剖面上的煤层、含水层、标志层和地质界线的位置、井巷间的关系以及构成形态都必须在图纸上明确地反应出来，剖面类地质图是研究和分析煤矿地质构造、进行采掘设计、编制综合图纸、布置勘探生产工作、计算煤矿储量的基础资料和重要依据。

3 测量煤矿地质空间信息的信息系统重要性与发展趋势

3.1 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统重要性的阐述

已经有大量国内外研究数据表明，在煤矿地质的信息管理、处理、分析中运用煤矿地质测量空间信息系统，能很大程度上预防意外事件的发生并将重大灾害所带来的损失减到最低。目前我国的煤矿行业采矿设计部门和生产管理部门已经离不开该系统的数据共享与传输所提供的基础数据支持，其让煤矿地质测量空间信息系统的构建真正实现了数据的自动化管理。一些基础类图纸的处理工作不再需要大量的人力来完成处理，仅仅依靠该系统就能自动完成，节省了大量的人力资源，也避免了图纸上出现人为错误的可能性。从而煤矿开采工作也变得更为科学，不仅安全性大大提高，煤矿的生产率也得以成倍地提升。

3.2 关于测量煤矿地质空间信息的信息系统发展趋势的阐述

未来几年里，GPS、数字摄影、地面物探、矿井物探、三维地质勘探等技术肯定都会逐步融入到煤矿地质测量空间信息系统的应用功能当中，系统的信息数据会更大程度上得到完善。该系统提供的信息资料和基础数据肯定会变得越来越精确，矿井物探、瓦斯、地压、测井等多元地质信息肯定会有机融入到系统当中。信息的分析和处理形式肯定会更加多样化，呈现出图像、声音、文字、音频等相结合的多媒体特点。系统的操作会变得更加简单而快速，地质测量图像及数据的实时查询管理也应该能够得以实现，不仅如此，系统的集成化特点也会表现得更加突出。系统肯定将变得更加智能化，将会针对数据为用户在做决策的过程中智能化地提供一些可供参考意见。

4 结束语

测量煤矿地质空间信息的信息系统采集数据和统计信息的方式恰当对如今煤矿行业的生产技术管理上要求予以了满足，充分考虑了煤矿地质测量数据的活跃性、动态性和不确定性，为用户在做相关决策时提供了可靠的数据支持，有效保障了煤矿生产过程的安全并让煤矿行业的生产效率有了大幅提高。本文的探讨甚为粗浅，更为完善的理论还有待广大相关工作者深入探究之后建立。

［1］刘永高.煤矿地质测量空间信息系统及发展趋势分析［J］.科技与企业，2012，05：94.

［2］苏艳民，姜雁.空间信息系统在煤矿地质测量中的技术研究［J］.黑龙江科技信息，2010，26：81.

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