礦井測(cè)量信息系統(tǒng)的組成與功能

姚昌才

【摘 要】介紹了礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的基本組成包括數(shù)據(jù)輸入與格式轉(zhuǎn)換、數(shù)字高程模型模塊、空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、專家系統(tǒng)工具、數(shù)據(jù)顯示、輸出系統(tǒng)；主要功能包括：數(shù)據(jù)的采集與輸入功能、圖形處理功能、地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能、數(shù)據(jù)處理與空間分析功能。

【關(guān)鍵詞】礦井；地質(zhì)測(cè)量；信息系統(tǒng)

0.前言

信息系統(tǒng)有數(shù)據(jù)的采集、管理、分析和表達(dá)等功能：一般包括企業(yè)、事業(yè)管理信息系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理信息系統(tǒng)、交通運(yùn)輸信息系統(tǒng)和空間信息系統(tǒng)等。地理信息系統(tǒng)（GIS）是以采集、存貯、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的一種特定的空間信息系統(tǒng)。處理空間數(shù)據(jù)和圖形圖像是GIS的最大特點(diǎn)。地理信息系統(tǒng)的技術(shù)方法是礦區(qū)多層空間，以及資源和環(huán)境等動(dòng)態(tài)時(shí)空信息的存儲(chǔ)、處理、復(fù)合、分析與評(píng)價(jià)的有力手段。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)適用于礦區(qū)條件的礦區(qū)資源環(huán)境信息系統(tǒng)，可以為礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)、環(huán)境影響與生態(tài)效應(yīng)、自然過程與社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題的分析評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等提供信息載體和有效的技術(shù)手段。礦井地質(zhì)測(cè)量工作為礦井生產(chǎn)建設(shè)提供完備的地質(zhì)信息、幾何數(shù)據(jù)和圖形信息，礦井地質(zhì)測(cè)量空間信息是整個(gè)礦區(qū)資源環(huán)境空間信息的主要來源。

1.礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1基礎(chǔ)性

礦井地質(zhì)測(cè)量信息是礦井地面與井下規(guī)劃設(shè)計(jì)、礦井生產(chǎn)指揮調(diào)度、礦井通風(fēng)安全等方面的基礎(chǔ)信息源。

1.2三維性

礦井空間是包括地面、井下及上覆巖層的多層立體空間，它具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如起伏的地形，礦床中的褶皺、斷層構(gòu)造，井下巷道的空間交錯(cuò)等。

1.3動(dòng)態(tài)性

礦區(qū)開發(fā)和生產(chǎn)作業(yè)的地理空間地點(diǎn)時(shí)刻處在變動(dòng)之中，地下巷道、采場(chǎng)和礦床貯存狀況不斷變化。這就要求地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)能不斷地?cái)U(kuò)充、更新和完善，能及時(shí)反映新揭示的地質(zhì)現(xiàn)象，準(zhǔn)確表達(dá)井下巷道和采場(chǎng)的空間位置。

1.4不確定性

由于地下礦藏賦存狀況和地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性、不穩(wěn)定性，并且受勘探技術(shù)手段和勘探工程量的限制，因此對(duì)礦體及其圍巖地質(zhì)特征的描述往往帶有一定的推斷性質(zhì)，對(duì)開采對(duì)象不完全了解，因而，生產(chǎn)作業(yè)和管理工作完全按原定計(jì)劃執(zhí)行很難做到。

2.礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的基本組成

礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)是在國(guó)內(nèi)外通用GIS軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井地質(zhì)測(cè)量的空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)和礦井生產(chǎn)建設(shè)的需要，進(jìn)一步擴(kuò)展和再開發(fā)出的專用軟件。與通用GIS軟件一樣，礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的主要組成。

2.1數(shù)據(jù)輸入與格式轉(zhuǎn)換

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)常用GIS數(shù)據(jù)格式間的轉(zhuǎn)換，能夠支持多種形式的數(shù)據(jù)輸入，如文本、數(shù)字、矢量和網(wǎng)格圖形數(shù)據(jù)的輸入，將現(xiàn)有的井田區(qū)域地質(zhì)地形圖、煤層底板等高線圖、采掘工程圖等圖件以及野外測(cè)量數(shù)據(jù)、地質(zhì)編錄資料和采礦數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)兼容的數(shù)字形式。

該系統(tǒng)不僅要包括通用的圖形處理功能，而且還要具備圖像處理功能，以實(shí)現(xiàn)GIS和遙感的完全結(jié)合。在圖形編輯系統(tǒng)中設(shè)計(jì)屬性數(shù)據(jù)的輸入功能可以直接參照?qǐng)D形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)接。

2.2數(shù)字高程（地面）模型模塊

數(shù)字高程（地面）模型是一種特殊的數(shù)據(jù)模型，在礦產(chǎn)資源開發(fā)中，諸如地面地形圖、煤層底板等高線圖以及采掘工程圖中，不能再把高程當(dāng)作屬性，而應(yīng)該用真三維的方法研究，因此，應(yīng)把它設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的模塊。

2.3空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

它是GIS軟件工具的核心部分，統(tǒng)一管理屬性和空間數(shù)據(jù)，具有初始化、輸入、更新、刪除、檢索、變換、量測(cè)、維護(hù)等功能，并為其他模塊提供基本圖形圖像支持工具和接口。

2.4空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

空間數(shù)據(jù)的處理、分析是GIS軟件的又一重要內(nèi)容空間數(shù)據(jù)分析，可分為3個(gè)層次：簡(jiǎn)單的空間搜索、空間疊加，空間格局的關(guān)系及其描述和空間模擬。

2.5專家系統(tǒng)工具

該系統(tǒng)工具以人工智能為基礎(chǔ)，它具有組織和使用知識(shí)及不充分、不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，模仿專家的思維、推理，進(jìn)行分析和解決問題的能力。它對(duì)于處理井下復(fù)雜的、不確定的地質(zhì)現(xiàn)象，進(jìn)行地質(zhì)推斷、地質(zhì)預(yù)報(bào)等具有重要意義。

2.6數(shù)據(jù)顯示、輸出系統(tǒng)

數(shù)據(jù)輸出和表示是關(guān)于數(shù)據(jù)顯示和向用戶報(bào)告分析結(jié)果的方法問題，數(shù)據(jù)可能以圖形、圖像、文本、表格等各種形式表示。

3.礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的主要功能

3.1數(shù)據(jù)的采集與輸入功能

礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自于礦井地質(zhì)數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)和采礦信息數(shù)據(jù)。例如地質(zhì)勘探資料、井下開拓掘進(jìn)揭露的地質(zhì)資料、野外和井下測(cè)量數(shù)據(jù)、現(xiàn)有的圖形資料等。不論形式怎么多樣化，它大體可分為：一是地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)，如地形、井下巷道、工作面的位置，礦床的貯存狀態(tài)及地質(zhì)構(gòu)造的位置等；二是屬性數(shù)據(jù)或描述數(shù)據(jù)，如煤質(zhì)、頂?shù)装鍘r性、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

野外和井下測(cè)量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等可通過鍵盤、電子數(shù)據(jù)記錄器等輸入；現(xiàn)有圖紙資料可通過數(shù)字化儀或掃描儀輸入。

3.2圖形處理功能

圖形處理是GIS的重要特色。它應(yīng)能完成圖形的輸入、編輯、建立拓?fù)潢P(guān)系、圖形修飾、分層顯示、輸出等主要任務(wù)。對(duì)于信息系統(tǒng)來說，它應(yīng)具備以下功能：

（1）制圖功能。根據(jù)礦井地質(zhì)測(cè)量資料建立礦井地面、煤層底板的數(shù)字高程模型，經(jīng)圖形的編輯、修飾生成各類礦圖。

（2）礦圖動(dòng)態(tài)修改功能。根據(jù)井下采掘工程的進(jìn)展情況，及時(shí)填繪采掘工程圖、井上下對(duì)照?qǐng)D等礦山測(cè)量圖；根據(jù)采掘過程中新揭露的地質(zhì)資料補(bǔ)充修正煤層底板等高線圖、地質(zhì)水平切面圖、勘探線剖面圖地質(zhì)圖等礦井地質(zhì)圖，以保證礦圖的準(zhǔn)確性。

（3）根據(jù)基本礦圖和地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，生成斷面圖、主體圖及其他專業(yè)圖紙。

（4）實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與圖形的互訪。如某個(gè)位置的煤質(zhì)、剩余煤厚，或不可采厚度所圈定的不可采塊段范圍。

（5）圖形顯示、輸出功能。

3.3地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能

地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)是地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的核心部分，它應(yīng)具備如下功能：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)。根據(jù)地質(zhì)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算成果、應(yīng)用模型等分別建立原始資料庫(kù)、成果庫(kù)、圖例庫(kù)、模型庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，需要維護(hù)，以確保其安全和效率。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。應(yīng)能從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出滿足條件的數(shù)據(jù)，可以向數(shù)據(jù)庫(kù)中插入新數(shù)據(jù)，可以修改、刪除數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

（3）通訊功能。可以向上級(jí)主管部門或其他有關(guān)部門發(fā)送數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)或圖形，也可以接收到其他數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

3.4數(shù)據(jù)處理與空間分析功能

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。如控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、貫通測(cè)量預(yù)計(jì)、開采沉陷預(yù)計(jì)、煤柱設(shè)計(jì)等。

（2）進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。如地面控制網(wǎng)平差、井下導(dǎo)線的平差計(jì)算、各級(jí)儲(chǔ)量的計(jì)算、資源損失量計(jì)算、開采沉陷觀測(cè)資料的分析計(jì)算等。

（3）根據(jù)地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)提供的信息，利用智能專家系統(tǒng)工具，對(duì)礦井地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行推斷。諸如工作面前方地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)，煤層頂?shù)装鍘r石穩(wěn)定性預(yù)報(bào)，綜采工作面小斷層預(yù)報(bào)等。

4.結(jié)束語(yǔ)

礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)是礦區(qū)資源環(huán)境信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。礦井地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)就是以采集、存貯、管理和描述礦井范圍內(nèi)有關(guān)礦井地質(zhì)和測(cè)量數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，是礦區(qū)資源環(huán)境信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心子系統(tǒng)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]田佩俊等.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.

[2]周立春等.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1987.