基于三維GIS的數(shù)字礦山綜合管理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用_百度文庫(kù)

1、科技論壇引言三維可視化礦山綜合管理系統(tǒng)的任務(wù),是在礦業(yè)信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)上,建立一個(gè)包括地形、巖層、煤層、水體、地面建筑、地下工程、運(yùn)輸、供電、避災(zāi)路線、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全管理等在內(nèi)的空間信息平臺(tái),使設(shè)備工況、控制及環(huán)境參數(shù)在統(tǒng)一的平臺(tái)傳輸和集成,為實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)“人、機(jī)、環(huán)、管”信息的集成管理和綜合監(jiān)控,以及針對(duì)企業(yè)“生產(chǎn)、安全、成本”的全視角分析,提供全新的思路和應(yīng)用模式。傳統(tǒng)的礦山信息化建設(shè)存在諸多的缺陷和瓶頸:井下生產(chǎn)及安全監(jiān)控的各類自動(dòng)化系統(tǒng),大多都處于獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài),自成體系,信息資源共享和利用效率低下,“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重,缺乏數(shù)據(jù)、應(yīng)用的集成和整合。同時(shí),傳統(tǒng)的二

2、維平面地圖,空間尺度感差,無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位,難于用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的模擬和應(yīng)用。隨著采礦生產(chǎn)新技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用和管理水平的不斷提高,礦井生產(chǎn)和安全管理監(jiān)控已經(jīng)不只是考慮加快生產(chǎn)過程中某一環(huán)節(jié)的速度和效率,而是需要將整個(gè)生產(chǎn)過程作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮,形成針對(duì)全生產(chǎn)過程的綜合監(jiān)控管理體系。1系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)建設(shè)基于3S 技術(shù),利用已有的礦區(qū)三維數(shù)字地面模型(DEM 、數(shù)字正射影像(DOM 、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等多尺度的地表數(shù)據(jù)和地下煤層、水文、斷層等地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù),結(jié)合三維建筑模型、道路模型、植被模型、工礦設(shè)備模型和地下巷道模型,在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下,通過客戶端的Terra Explorer 三維可視化平臺(tái),服務(wù)器端

3、的ArcGIS/Oracle 后臺(tái)管理,構(gòu)建統(tǒng)一的、基礎(chǔ)性的、可擴(kuò)展的空間信息展示平臺(tái),實(shí)現(xiàn)在三維可視化環(huán)境下的礦山生產(chǎn)管理、安全管理、人員管理、設(shè)備管理等一系列企業(yè)管理工作。系統(tǒng)基于Skyline 三維GIS 平臺(tái),利用Visual Studio .Net 2005為開發(fā)工具、C#作為開發(fā)語(yǔ)言,采用多層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維GIS 應(yīng)用平臺(tái)的二次開發(fā)。架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層、空間信息資源層、基礎(chǔ)軟件平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)層、應(yīng)用系統(tǒng)層以及相應(yīng)的系統(tǒng)安全體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系共同構(gòu)成。系統(tǒng)采用B/S 的技術(shù)框架,集成數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)、WebGIS 技術(shù)、三維可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)

4、等,采取功能控制流和數(shù)據(jù)流交叉組織的方式,實(shí)現(xiàn)三維GIS 管理、分析等功能。2系統(tǒng)功能2.1真三維礦山場(chǎng)景三維數(shù)字礦山綜合系統(tǒng)是一套真實(shí)的三維地理空間信息平臺(tái),在礦山企業(yè)已有地測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)礦山的井上和井下數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)的構(gòu)建。系統(tǒng)可以展現(xiàn)礦山集團(tuán)下屬各個(gè)企業(yè)的地理分布及和相關(guān)信息,以及礦區(qū)周邊的地理環(huán)境信息,如:地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、煤面斷層等。同時(shí),按照真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)景觀,系統(tǒng)對(duì)礦區(qū)地上建筑和工礦設(shè)備進(jìn)行三維仿真,并且對(duì)建筑物內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)的模型構(gòu)建,使用戶可以深入到內(nèi)部進(jìn)行查看和瀏覽。對(duì)于井工礦而言,井下工程信息更是系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn),如:巷道空間位置、工作面、軌道路線等。系統(tǒng)利用礦山企業(yè)已有的采

5、掘工程平面圖、井上井下對(duì)照?qǐng)D等圖紙中的勘測(cè)數(shù)據(jù)生成真實(shí)的三維巷道,方便用戶直觀可視化的查看井下信息的空間分布和狀態(tài)。同時(shí),用戶可深入到巷道內(nèi)部,實(shí)時(shí)查看井下設(shè)備的細(xì)部特征。在巷道三維空間位置的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)可以對(duì)礦區(qū)應(yīng)急避災(zāi)路線信息進(jìn)行三維展示。2.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成三維數(shù)字礦山綜合管理系統(tǒng)可接入各類自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù),配合三維場(chǎng)景中的設(shè)備、傳感器的分布狀況,實(shí)現(xiàn)對(duì)各類生產(chǎn)、安全類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的三維可視化展示、綜合分析和報(bào)警。具體包括:井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、設(shè)備、傳感器,在三維場(chǎng)景的位置標(biāo)識(shí);接入系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)分類、集成展示。按照不同的專業(yè)特征,構(gòu)建細(xì)部場(chǎng)景,實(shí)時(shí)分析和報(bào)警;構(gòu)建“歷史數(shù)據(jù)庫(kù)”,實(shí)現(xiàn)各

6、系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集中管理;可接入平臺(tái)的各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng),包括以下方面: 2.3可交互的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作面是井工礦的主要生產(chǎn)場(chǎng)所,平臺(tái)通過對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)各類生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的接入,可以直接定位到各工作面現(xiàn)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)對(duì)“人、機(jī)、環(huán)、管”等現(xiàn)場(chǎng)信息的動(dòng)態(tài)跟蹤和集成展示。對(duì)于井下人員管理,系統(tǒng)可以定位展示所有人員的空間位置,從入井到出井全過程中,即時(shí)掌握人員在井下的位置和行為。同時(shí),對(duì)于選定人員進(jìn)行路徑回訪,查看其歷史記錄。同時(shí),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境下的視頻監(jiān)控功能,用戶可了解井上井下視頻攝像的分布位置,并實(shí)時(shí)查看井下巷道、工作面等場(chǎng)所的真實(shí)情況,保證了視頻畫面和空間位置的相結(jié)合。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)管理,展示設(shè)

7、備其空間分布狀況,在三維場(chǎng)景下,方便用戶查看各個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù),了解其運(yùn)行狀態(tài)是否良好。系統(tǒng)對(duì)井下環(huán)境狀況進(jìn)行真實(shí)的反映,通過接入“井下安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),如:瓦斯、CO 、甲烷等,查看觀測(cè)探頭的分布位置和觀測(cè)數(shù)據(jù),讓用戶實(shí)時(shí)了解井下不同位置的環(huán)境安全情況。對(duì)于發(fā)生重大事故,系統(tǒng)可以對(duì)礦區(qū)事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)的電子地圖跟蹤指引,實(shí)時(shí)指示礦下人員、救援人員的位置,通過數(shù)據(jù)中心的專家數(shù)據(jù)庫(kù),生成最佳避災(zāi)路線,輔助領(lǐng)導(dǎo)做出應(yīng)急預(yù)案。同時(shí),系統(tǒng)在發(fā)生重大事故后,各類專業(yè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的回放,對(duì)事故進(jìn)行分析和總結(jié)。2.4動(dòng)態(tài)更新服務(wù)系統(tǒng)為用戶提供了完整的生產(chǎn)工藝,真正解決礦井環(huán)境、采掘工程信息的跟蹤模擬

8、、動(dòng)態(tài)更新問題。針對(duì)礦山企業(yè)日常生產(chǎn)過程中,巷道需要不斷掘進(jìn),地測(cè)數(shù)據(jù)不斷更新,工作面情況不斷變化,系統(tǒng)提供給用戶一種方便、快捷的自動(dòng)更新機(jī)制,可以周期性更新巷道掘進(jìn)、工作面推進(jìn)狀況,根據(jù)實(shí)際工作周期對(duì)其變動(dòng)狀況做出真實(shí)的反映,同時(shí)周期性更新機(jī)電設(shè)備安裝變更等井下狀況,對(duì)其變動(dòng)狀況做出真實(shí)的反映。結(jié)束語(yǔ)三維數(shù)字礦山綜合管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了礦山井上井下三維仿真可視化、對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成接入,對(duì)井下生產(chǎn)、安全管理狀況隨時(shí)掌控,提供給用戶三維可視化的交互操作和管理,并且采用動(dòng)態(tài)更新的機(jī)制,維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的可持續(xù)化管理。三維數(shù)字礦山綜合管理系統(tǒng)以多維信息導(dǎo)航的手段、全新的視角和模式,給領(lǐng)導(dǎo)層提供更加直

9、接的管理手段,為礦山企業(yè)生產(chǎn)、安全管理方面,提供快速輔助決策分析、資產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)分析,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。同時(shí),系統(tǒng)還打通了數(shù)據(jù)壁壘,消除了信息孤島,為企業(yè)提供空間信息集成應(yīng)用的平臺(tái),加強(qiáng)了企業(yè)集團(tuán)管控力度,促進(jìn)了大企業(yè)快速發(fā)展,是企業(yè)信息化向智能化發(fā)展的必然結(jié)果和趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1張新,趙紅蕊,陳宜金.人類可持續(xù)發(fā)展與“數(shù)字礦山”研究J.東北測(cè)繪,1999(04.2耿銘盧,國(guó)斌.數(shù)字化三維礦山仿真技術(shù)的研究J.現(xiàn)代礦業(yè),2009(8.3李春民,李仲學(xué).“數(shù)字礦山”三維可視化研究J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2006(2.4李一凡.數(shù)字礦山信息系統(tǒng)的研究及應(yīng)用D.武漢:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所,2007.5張振波,孟志強(qiáng).GIS 在礦山中的應(yīng)用探索J.黑龍江科技信息,2007(1.作者簡(jiǎn)介:李國(guó)鑫(1981,男,河北石家莊人,碩士研究生,現(xiàn)從事三維GIS 的應(yīng)用和研究?；谌SGIS 的數(shù)字礦山綜合管理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用李國(guó)鑫1袁海濤2陳宜金1(1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院,北京1000832、北京威遠(yuǎn)圖易數(shù)字科技有限公司,北京100044