应用GIS的地质测量信息系统的设计与实现

武艺

摘  要：传统的煤矿GIS系统的应用主要集中于地测管理、矿产资源管理、矿图管理等，要实现完全的矿山数字化方案，提高地测空间信息的利用率，就必须研发基于GIS平台的专业图形绘制管理系统软件——地质测量管理信息系统，从根本上弥补当前矿用图形绘制系统与信息管理系统上的不足，为煤矿安全生产提供技术支持。该文详细阐述了地质测量管理信息系统的总体架构设计与实现方法，实践结果表明，该系统实现了空间数据共享，保证同一空间要素在不同图件中的一致性、完整性，为煤矿测量生产提供有力的技术支持。

关键词：GIS  地质  测量  信息系统

中图分类号：TD175                         文献标识码：A文章编号：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

隨着煤炭改革的深化及现代信息技术的发展，煤炭管理信息化成为必然趋势。一方面，煤炭行业管理呈现信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、安全生产监测监控自动化的趋势;另一方面，煤矿生产管理中产生许多不同类型和格式的数据，将这些海量信息集成并挖掘，为煤矿安全生产决策提供空间信息依据，成为矿山信息数字化的目标之一[1]。矿山信息数字化的基本技术手段是应用地理信息系统（GIS），建立煤矿专用的地理信息系统是矿山信息数字化的基本内容[2]。目前，煤矿GIS系统的应用主要集中于地测管理、安全监控、通风管理、矿产资源管理、矿图管理、设备管理等[3]。要实现完全的矿山数字化方案，提高地测空间信息的利用率，必须研发基于GIS平台的专业图形绘制管理系统软件——地质测量管理信息系统，从根本上弥补当前矿用图形绘制系统与信息管理系统上的不足，为煤矿安全生产提供技术支持。

1  系统总体设计

该系统采用C#程序设计语言，基于.NET Franmework2.0和ArcGIS Engine开发平台，运用SQL Server 2017 Express数据库进行空间数据与属性数据的管理与分析。系统总体基于C/S模式设计，采用用户应用层、商业逻辑层、数据访问层3层结构形式，总体架构图如图1所示。GIS平台数据存储与分析功能较强，但绘图功能相对较弱，因此在进行系统架构设计时，用户应用层为满足用户使用习惯应尽量模仿CAD绘图软件。用户应用层主要为用户提供交互式操作界面，包括引导窗口和主窗口。

2  系统功能设计

煤矿地质调查系统是采矿生产活动的最重要空间数据提供者。根据煤矿生产的实际需要，煤矿地质测量系统应管理煤矿地质勘查数据和相关图件，如煤矿地质勘查资料、煤矿生产地质测量资料以及工程平面图等，同时，可以根据地质调查数据自动或手动填写和绘制矿图[4]。因此，煤矿地质测量系统主要包括5项主要业务：井巷工程图绘制、采掘面测量收尺、导线测量数据管理与制图、地质数据管理以及自动测绘管理、采矿工作面的管理等。

2.1 井巷工程绘制

井巷工程是采矿和挖掘工程计划中的一类基本要素。绘制井巷工程图可以充分反映井巷的范围以及工程空间位置。主要要素包括设计巷道、未纳入掘进面管理的施工巷道及其附属物（井筒、硐室）、井巷工程注记（包括巷道注记、采煤面注记）。井巷工程图不仅包括道路和中心线的制图（井巷和井巷工程附属物绘制），而且还包括巷道中心线的修改（井巷和井巷工程附属物修改）。根据CAD绘图习惯，设计道路处理和施工道路处理之间没有区别。用户可以选择要绘制和修改的道路图层，并自动区分后处理。

2.2 采掘面测量收尺

采掘面测量收尺下的掘进面收尺和采煤面收尺是为地质测量部门按月对掘进面和采煤面收尺提供方便，即将所得的收尺数据通过该系统的采掘面测量收尺功能录入到系统，系统根据收尺数据推进采掘工作面，从而对矿图进行更新。

对于采煤面收尺，输入所选采煤面的最新进尺数据，根据用户输入的机风巷进尺，首先保存采煤面测量收尺记录，然后从切割巷开始，计算并生成当前开采线，更新采空区和未采区域图层。更新相关联的采煤面及采空区，使图上回采进度与实际保持一致。

对于掘进面收尺，用户对每个掘进面录入当月收尺数以及每段长度与坡度，保存测量收尺信息，计算该期平面进尺数，然后沿掘进面的设计巷道方向，延伸掘进面对应的施工巷道并保存，使图上掘进进度与实际保持一致。

2.3 导线测量资料管理与成图

为保证井巷工程施工质量（方向、标高、断面大小等），巷道每掘进一段以后，需要使用经纬仪、全站仪等测量仪器，对巷道进行严格测量，并及时整理资料，更新采掘工程平面图[5]。

2.4 地质资料管理与自动成图

地质构造的观测、推断、解释是一个复杂的过程，它直接关系到煤矿采掘作业的安危，因此，地质测量管理系统必须将其作为关键资料进行管理、成图。由于地质构造推断、解释非常复杂，很难将其纳入软件系统处理，因此，地质构造管理的重点主要放在原始资料管理以及自动成图两个方面。

2.5 采掘工作面管理

采掘工作面管理包括掘进工作面管理和采煤工作面管理。掘进工作面管理是对井巷掘进过程中的关键巷道掘进进行跟踪、管理、成档，输入掘进工作面基本信息，选择所掘设计巷道以及掘进开始点，掘进方向即可保存掘进面信息。采煤工作面管理要求输入采煤面基本信息，选择组成采煤面的机巷、风巷、切割巷、输入距离确定计划停采线或选择已有停采线，然后保存采煤面信息并根据所选择的图元，生成掘进面未采区域和一个空的采空区[6]。

3  系统功能实现

该系统既实现了地质测量系统的常用功能，也实现了与业务信息的高度集成，其主要功能如下。

3.1 主窗口

主窗口界面和普通Windows应用程序类似，由标题栏、菜单栏、工具栏、停靠栏、状态栏以及占有最大部分的地图主视图组成。除系统通用功能外，图层管理器采用CAD风格设计，用户可以根据图层对图形几何对象、文字、标注等进行归类处理;捕捉设置中，组织了多种捕捉类型的功能，用户可以对捕捉的类型和捕捉参数进行相关的设置，提高了制图精度和制图效率;几何编辑栏的左侧列表会按序号显示出图元几何体的结点坐标、与上一结点连接所构成的边的方位角和边长，右侧的选项卡则提供了通过坐标或者输入数值修改图元的功能;属性编辑栏显示当前编辑图元的图元属性。系统总体界面如图2所示。

3.2 井巷工程绘制

井巷工程绘制实现的功能包括绘制单折线巷道、绘制双折线巷道、绘制单曲线巷道、绘制双曲线巷道、修改巷道中心线、修改巷道边线、巷道边线交叉处理、巷道边线转角处理等功能。

3.3 采掘工作面管理

采掘工作面管理窗体作为一个关系数据与空间数据相结合的数据维护窗体，其界面与单纯的关系数据维护窗体相同，包括工具栏、数据查询區、数据浏览区。其不同点在于：该窗体需要打开矿图后才能使用，并提供了地图定位功能;掘进面管理实现的功能包括新建掘进面、修改掘进面、删除掘进面、停止掘进面（停头）、在地图上定位掘进面位置、生成掘进面台账等;采煤面管理实现的功能包括新增采煤面、修改采煤面、删除采煤面、停采报废、在地图上定位采煤面位置、生成采煤面台账等。

4  结语

通过研究GIS系统，地质测量系统和矿井生产技术，建立了煤矿地质测量信息系统，为煤矿生产提供了有力的技术支撑。该系统最终设法共享空间数据，确保相同的空间元素在地图上具有连贯性和完整性。实现煤矿图形的数字化和可视化，并允许图形和属性的自动关联;局部特征更新后，相关地图将自动更新以实施矿山地图的自动和实时综合、更新。目前，该系统已正式运行，其可用性、可靠性和可维护性基本满足设计要求。由于现有技术的局限性，需要进一步提高空间分析功能。

参考文献

[1] 胡海涛.公路地质灾害防治中地理信息系统的应用[J].黑龙江交通科技，2020，43（9）：54-55.

[2] 庞玲玲.安宁市矿山地质环境评价信息系统研究[D].云南大学，2016.

[3] 王青海.山东地质矿产数据管理信息系统设计与实现[D].齐鲁工业大学，2017.

[4] 田勇，刘守强，崔芳鹏，等.地质信息系统进展及特征研究[J].能源与环保，2020，42（2）：34-39，43.

[5] 尚浩，严姗姗，李虎.基于数字孪生理论的济南四维地质环境信息系统研发[J].地质学刊，2019，43（4）：599-605.

[6] 李乃强.工程地质信息系统设计研究[J].地矿测绘，2019，35（4）：20-22.