西山煤电地测数字化管控平台设计与应用

侯晓瑞

(西山煤电(集团)有限责任公司， 山西 太原 030053)

信息化是煤矿智能化和数字化转型的基础。地测信息化建设是安全生产信息化的重要组成部分，西山煤电集团公司地测信息化建设阶段不同，地测图形系统、业务管理系统都是单独的系统，技术相对落后，现有系统数字化、规范化及集成度比较低，无法满足地测专业内部管理需求、煤矿智能化建设对地质保障的要求、各级政府监管和上级集团对地测数据上报的需求。

因此，该公司迫切需要在已有地测信息化成果的基础上，建设地测数字化管控平台，按照煤矿企业数字化转型发展的需要，提升地测信息系统智能化、自动化程度，助力煤矿智能化建设，保障安全生产。

1 地测数字化管控平台总体设计

西山煤电地测数字化管控平台基于协同GIS、虚拟现实、移动互联网、大数据分析等先进技术，以及一张图的管理理念[1]，建立图形和业务数据库[2]，研发一张图协同管理与服务平台[3]、地测业务协同管理平台、数据交换共享平台，开发地质、水文、储量、测量等专业应用系统，建设地测透明化系统，实现地测信息共享、业务协同及大数据分析、智能诊断预警，提升地测业务工作的规范化、流程化、智能化、数字化管控水平。

系统建设内容包括数据库建设、基础管理与服务平台、应用系统建设、硬件运行环境配置、技术资料处理和数据建设及人员培训和技术服务。系统架构设计见图1.

图1 软件系统架构设计图

2 地测数字化管控平台功能设计

系统功能架构由硬件支撑系统和软件系统组成。软件系统由数据库、管理与服务平台、应用系统及数据分析决策支持系统组成。软件系统功能架构见图2.

图2 软件系统功能架构图

2.1 数据库系统

数据库系统包括基础数据库、地质数据库(瓦斯地质数据库)、测量数据库、水文数据库、资源储量数据库、地测档案数据库、数据交换中间库等。建立系统管理数据库、图形数据库和属性(业务)数据库，调研业务需求，设计数据结构，确定数据类型，存储基础数据、日常业务数据和实时数据，作为图形生成、统计分析的数据来源，是系统平台、各业务应用系统、大数据分析决策支持系统的基础。

2.2 地测GIS一张图协同管理系统

地测GIS一张图协同管理系统由协同管理GIS

服务子系统、协同管理Web在线应用子系统、GIS图形平台子系统、地测图形协同管理子系统等组成。

地测图形协同处理子系统主要包括：地测数据库管理信息系统、等值线图、测量图、储量图、柱状图、剖面图、素描图、防治水图、瓦斯地质图9大模块。

系统以最优的算法、精准的空间数据信息处理、高效的图形处理流程，实现各种地测图件的自动生成、编辑及图形管理。

2.3 管理与服务基础平台

建立业务协同管理平台、一张图管理与服务应用平台、大数据分析平台、数据交换平台，对系统用户、权限进行配置管理，集成各业务应用系统，为业务系统提供管理和数据服务。

业务协同管理平台是地测信息管理Web发布和应用的基础平台，建立整个系统架构基础管理体系，实现系统管理和应用系统集成，并具有公文公告、收发文、智能助手等基本功能；具有政策法规、规程条例、文件等管理和发布功能；智能助手可以按照工作任务和流程进行数据检查，发布提醒信息，督促各矿及时完成数据填报、更新等工作任务。

一张图管理与服务应用平台基于公司和矿井一张图实现矿井的定位导航与综合信息展示，在地测一张图上分层叠加显示各煤层、各类专题图件，进行采掘工作面、钻孔、断层、陷落柱、采空区、积水区、瓦斯含量点、保护煤柱、水文监测点及地质重点工程、地质巡查隐患点等相关图形信息与关联属性的查询浏览，并具有智能搜索功能。

数据交换共享平台实现应用系统之间业务和数据的交换、路由、转储、发布、订阅、连接等功能，满足地测与其他安全生产专业系统集成需求，满足上级部门、各级政府监管对地测数据上报的需求。

2.4 业务应用系统

基于管理与服务平台，建立各业务应用系统，包括地质、测量、水文、资源储量、物探等，实现数据采集、数据存储、数据处理、数据查询、数据分析，并能提取数据，生成各类专业图形，生成台账、报表，对各类文档进行管理，具有流程处理和智能提醒等辅助管理功能。

业务应用系统改变原系统以文档管理为主的管理模式，基于完整的图形数据库和属性数据库，实现地测绝大部分信息的数字化入库，为地测业务的协同处理和信息共享提供了基础，也为大数据分析预警提供了数据来源，极大地提升了地测数字化水平。

2.5 地质透明化矿山建设

基于3DGIS技术开发可视化平台，建立地测模型和场景，构建煤矿的地质、测量虚拟仿真模拟系统，实现矿井地质透明化。可以根据地形数据、勘探、地质、测量、水文、物探、井巷工程等空间数据，基于二维图形自动生成三维模型，实现矿井二三维一体化管理。所有与时间关联度较高的地测实体赋时间属性，建立四维可视化系统。可以实现井巷工程、钻孔、地质构造、水文区域、水文监测等地测实体的属性数据查询，并具有三维剖切分析功能。

建立透明工作面，基于地质勘查数据、井巷工程数据、井上下钻探、物探等数据，开发采煤工作面多源空间数据集成与融合分析，建立综采工作面高精度三维地质模型，支持煤层、断层、煤壁、构造、夹矸等关键位置多分辨率模型构建，并通过基于最新数据的高精度三维地质模型局部动态修正技术，提高工作面地质模型的精度，为智能开采工作面的建设提供基础的地理信息透明平台支撑，指导回采工作面自适应割煤[4].

2.6 综合管理

建立井下地质信息采集系统，施工队组填报当班顶板锚索见煤岩情况、巷道前方超前探钻孔见煤岩情况及巷道涌水、钻孔出水等情况，记录采掘工作面施工位置及地质、水文信息，矿井地测部门审核后上报公司，实现闭环管理。

对煤矿生产过程中的地测业务工作进行全流程管理，包括矿井设计、采区设计、工作面设计、井巷工程施工、工作面回采、采后地质总结及生产过程中地质灾害和地测隐患排查治理。

2.7 移动端和大数据分析决策支持系统

基于管理服务平台及各应用系统建立地测移动端系统和数据分析决策支持系统，主要为管理层和领导层提供地测数据查询分析和预测预警，及时决策指导安全生产。

地测移动端系统建立矿井移动端空间数据查询与分析平台，实现多部门多层次井上下图形和数据共享，可以随时随地查询和浏览地测信息，包括地测一张图、台账、报表及文档；可以及时给领导层和管理层推送各种预报、预警信息；可以在线处理业务工作，实现移动办公。

大数据分析决策支持系统通过对地质构造、地质危险源、水文监测、资源储量、防治水工程、巷道贯通、地面沉陷等数据进行综合分析和智能分析预警，以图表的形式展示数据分析结果，根据业务模型进行智能诊断和发出预测预警信息，为管理层和领导层提供决策支持。

2.8 系统运行环境和部署方式

配置系统运行环境，对网络、服务器和存储及终端运行环境提出要求，结合现有硬件资源情况，配置部分硬件和支撑系统。

系统采用一级部署二级应用，采用C/S+B/S混合模式，服务器端协同一张图数据库和一张图管理与服务、业务系统管理与服务平台和应用系统部署在西山煤电公司机房，通过专网为公司领导和各部室及下属矿井提供终端应用服务。客户端安装地测空间信息系统和地测图形协同系统进行数据和图形处理，使用浏览器进行业务数据处理及图形系统浏览和查询。

2.9 技术资料处理和数据建设

收集系统建设所需的基础数据和业务数据，数字化处理入库。各类图形按一张图协同管理要求分层和赋属性数据后导入一张图图形数据库。对各矿井档案资料数字化处理后，建立目录索引，上传档案文件建立档案数据库。整合地形航拍数据，将地形图转换成一张图要求的图形格式，集成到一张图。

3 地测数字化管控平台应用成效

地测数字化管控平台经过设计、开发和实施已经在西山煤电集团公司及下属矿井应用，取得较好的应用成效。

3.1 矿井层面应用成效

矿井层面实现各矿井地测工作数字化、信息化、规范化，提高地测工作的效能:1) 建立数据管理和业务流程管理规范。2) 建立基础数据库、图形数据库和业务数据库。3) 开发数据采集功能，各业务人员从现场采集数据录入、导入系统或直接从监测系统接入数据。4) 开发图形和业务数据管理平台和应用系统，实现图形数据和属性数据的储存、计算处理、统计汇总、浏览查询。5) 自动生成各类图形、台账、报表，并能分级分类管理查询。6) 矿井地质透明化建设可以实现基于三维可视化平台的安全生产管控，通过高精度地质模型为智能开采自适应割煤提供数据。7) 具有综合展示、综合管理及大数据分析预警决策支持功能。

3.2 集团公司层面应用成效

公司层面实现集团地测工作的集中管控和智能管控：1) 对各矿井地测数据进行集中管理、统计汇总和分析查询。2) 可以远程巡查各矿井日常地测工作情况。3) 日常地测工作信息化、数字化管理，贯彻矿井地测工作制度规范，实现流程化和智能化管理，督查和考核各矿井地测工作完成情况。4) 及时发布和共享各矿井地测信息，为集团领导和安全生产相关部室提供决策支持。5) 从集团层面向上级单位和政府监管部门上报或共享地测信息。

4 结 语

地测数字化管控平台基于协同GIS、虚拟现实、物联网、大数据分析等先进技术，实现地测信息共享、业务协同及大数据分析、智能诊断预警，提升地测工作的自动化、规范化、流程化、智能化、一体化管控水平，为煤矿安全生产提供地质保障和有效决策支持。

1) 基于先进的信息技术，实现地测工作的全业务、全流程的数字化、智能化、一体化管理。

2) 建立了地测一张图协同管理系统，解决了煤矿图形协同更新的问题，保证图形数据的及时性、一致性，实现了图形与业务数据的融合和一体化管理。

3) 基于移动互联网开发地测手机端系统，随时随地可以浏览地测图形和查询地测数据，及时指导安全生产。

4) 透明化矿山建设建立了地表、工业广场、地层、煤层、井巷工程、重大危险源等采矿场景，直观展示井上下空间关系，为地质分析和灾害管理及智能开采提供高精度地质模型和可视化管控平台。

5) 一张图服务与应用及地测全业务信息化提供了丰富地测数据资源，一方面可以通过建立大数据分析平台实现智能诊断和预测预警，另一方面通过数据交换平台的建设解决了地测图形和数据与安全生产其他系统数据交换共享的问题。