煤炭企业安全生产多源多维信息系统

马  震  吴义祥  薛善余

（龙口矿业集团有限公司）

  随着信息科学技术的快速发展和经济发展的稳步前进，信息技术正逐步应用于社会的不同领域，信息化与网络化成为各行业数字化的重要基础手段，在企业管理与决策应用中起到了十分重要的作用。而信息化在煤矿安全生产技术管理中的应用主要集中在地质、测量、通风、安全、防治水以及监测监控等专业。近年来，全国许多大型矿业集团都在研究开发基于多专业、一体化的安全生产管理信息系统，但是由于业务流程还基本采用传统思路，基础信息不能很好共享利用，同时缺乏三维可视化展示，因此，无法真正实现多源信息的有效集成，更无法满足多部门多专业的动态实时监督管理和决策应用。

  1、项目概述

  本项目基于GIS、WebGIS、三维可视化技术实现了集团公司和各个矿井的地质、测量、通风、安全、生产、机电、调度、安全监测监控、综合自动化、运销管理、瓦检员管理等生产多源信息的有效集成；实现了井下安全生产应用的三维空间实体数据建模、三维可视化表达、统一的地理信息系统的多维数据管理与应用平台；同时，基于Internet/Intranet实现了集团公司、生产矿井的不同层面管理层、技术层的单点登陆、流程管理、安全生产监督管理、信息查询与决策服务等，解决了安全生产多源多维数据的统一组织管理问题，进而最终达到基于工作流的安全生产信息化管理，提高煤炭企业管理效率与管理水平。系统总体结构如图1所示：

图1系统总体结构图

  2、系统解决的问题

  （1）系统构建了统一的地理信息系统平台，实现了组件式开发与专业应用开发。

  （2）开展了面向煤炭企业多部门、多专业信息共享的安全生产信息化管理模型研究，提出了信息共享的数据驱动模型、面向多部门协作的信息共享应用模型与基于工作流的安全生产信息化管理模型。

  （3）系统地研究了井下三维可视化信息系统的关键技术，结合应用实现了基于3DGIS的矿井井下三维展示、漫游、三维信息查询以及监测监控集成等，实现了二维GIS与三维GIS的集成应用，动态构建了三维模型，在国内首次实现了煤矿专用三维可视化系统的实用化，如满足生产要求的任意剖面图形的绘制。

  （4）基于ComGIS+WebGIS实现了安全生产各专题图形的远程发布、信息查询、决策分析应用，同时有效地整合了安全监测监控、综合自动化、运销管理、瓦检员管理等动态信息资源。

  3、系统架构与关键技术研究

  安全生产多源多维信息系统总体架构分为三部分：煤矿空间数据库存储平台、煤矿专业应用平台、Web服务决策平台。

  而该项目实现的技术难点主要体现在统一架构地理信息系统平台与多源数据存储、集成开发专业应用软件与远程管理平台（基于集团层面的安全生产管理信息系统）两方面上。地理信息系统平台是核心，统一数据存储是系统运行的血液，专业应用软件是安全生产专业管理的现代化工具，安全生产管理信息系统是领导决策服务的工具，四部分相互衔接，构成煤炭企业安全生产多源多维信息系统。同时，为了更加便于数据共享及决策管理，系统整体架构必须是浏览器/服务器+客户端/服务器体系结构，即C/S+B/S结构为基础，进而实现全集团、多矿井、多管理层面的数据共享与交换，系统整体架构体系如图2所示：

  3.1煤矿空间数据存储平台

  在煤矿空间数据中，地测信息是指导生产第一线的信息，是其它各种应用的基础信息。它随着时间发生变化，动态积累，从资源勘探阶段、矿井开拓阶段到生产阶段，以及生产的不同阶段，地测信息不断更新。地测信息的更新势必导致依存于它的其他应用（通风、设计、供电等）产生更新，这是煤矿空间数据的唯一性所决定的。而目前的煤矿空间信息系统多以文件的形式存储图形数据，这给煤矿各部门之间信息共享带来了困难。例如通风部门编制通风系统图时，需要提取地测部门提供的最新采掘工程平面图，在此基础上进行巷道整理和通风图例符号的添加工作。当地测信息发生变化时，通风系统图、生产设计图件就需要重新编制，费时费力。而安全生产多源多维系统的煤矿空间数据存储平台采用三种方式：1、空间数据与属性数据都存放文件中，由文件系统管理；2、空间数据存放在文件中，属性数据用数据库管理，两者之间建立联系；3、空间数据和属性数据统一由空间数据库管理。不同的用户根据需求的不同，读取不同数据来源。

  与传统的文件存储模式相比，多源数据统一组织管理具有如下优越性：

  1、确保数据的共享。在三维空间中某一空间对象（如断层、导线点、巷道、等高线、煤柱、风门、探头）在数据库中只存储一次，实现多源多维数据统一管理与应用，某一空间对象的变化将导致相关专题图形、专题内容的动态更新，三维空间实体可以实现二维与三维的统一数据表达。

  2、可以充分利用数据库的并发控制，提高数据编辑的效率。如果采用文件存储，用户对空间数据的编辑修改只能以文件为单位进行。如果采用空间数据库进行存储，用户对数据的控制可以精确到每一个空间实体，从而可以实现多用户的并发编辑，大大提高工作效率。

  3、可以提高空间数据的安全性。由于在统一空间数据组织中，空间数据以空间实体记录为单位，每个空间实体都可以设置用户的访问、修改、删除权限。显然，对于需要明确责任的空间数据而言，数据库的安全控制要比文件在数据粒度和安全措施方面加强很多。

  4、空间数据统一组织存储可以有效地进行地图综合分析和应用，简化各种专业制图的流程。我们可以根据不同的图件类型，提取相应的空间数据，进行叠加组合，生成所需要的图件。

图3-1

图2系统整体架构体系

  3.2煤矿专业应用平台

  煤炭专业GIS平台是整个煤矿空间管理信息系统的核心，负责对空间数据进行处理、编辑、显示、查询、分析等。各煤矿专业应用系统和WEBGIS发布系统都是在其基础上建立，例如新建通防管理系统，实现通防图形、通风阻力、通风网络等功能。

  3.2.1地测空间管理信息系统

  地测空间管理信息系统是煤矿信息化管理的基础部分，主要包括矿井地质管理、测量管理、储量（三量）管理、水文管理以及相关图形生成与管理，并依据地测数据构建三维模型、实现三维重构与应用，是煤矿信息化管理最为复杂的部分与基础部分。

  3.2.1.1地质管理

地质管理系统是根据矿山地质数据的基本特点及矿井生产特点，采用模块化层次型结构系统设计，其中包括文件操作、数据管理、数据初始化、用户管理和报表管理五部分。所有数据后台基于表的管理，实现矿井地形地质图、煤层底板等高线及储量计算图、矿井地质剖面图、煤岩层对比图、地层综合柱状图、井巷地质素描图、回采工作面巷道预想剖面图、任意等值线图等图件的绘制、管理以及各种报表的打印输出。

3.2.1.2测量管理

测量数据管理主要有交会定点数据管理与计算、导线测量数据管理与计算、导线成果数据管理、贯通误差预计、坐标正反算以及相关报表数据管理。

3.2.1.3储量（三量）管理

年终储量管理系统主要实现各资源储量块段的数据管理及数据分析。资源储量管理系统包括：数据输入、数据检查、报表输出、数据上报、系统维护等5个子模块。

3.2.1.4水文管理

水文数据管理主要有水文钻孔数据库、矿井涌水量数据库、水质数据库、水文地质参数数据库、抽水试验资料数据库、突水点资料数据库、降水量资料数据库、气象资料台帐、钻孔水位台帐）地表水文观测成果台帐、矿井涌水量成果台帐、抽放水试验成果台帐、井下水文钻孔台帐、水质分析成果台帐、封闭不良钻孔台帐、突水点台帐。

3.2.1.5地测图形系统

地测图形系统是煤炭企业安全生产多源多维信息系统的核心内容，系统设计的好与坏将直接影响到整个系统。整个矿井成图系统主要包括地质图件、测量图件、储量（损失量）图件等专业图件的生成与管理，图形生成的数据来源主要有矿井地质系统、矿井测量系统、矿井储量系统、矿井水文系统以及外部的其他数据源。

图层管理是实现数据共享、防止数据冗余的重要手段，如在矿井成图过程中多种图件均要用到巷道布置情况，系统实现时只要获取巷道布置图层即可与其他图层进行叠加与组合实现新图件的生成。

3.2.2井下三维可视化信息系统

井下三维可视化信息系统是虚拟现实技术（VR）、三维可视化技术、三维GIS技术等高新科技相结合的开发过程；系统不仅能够利用虚拟现实技术和三维可视化技术直观地显示煤矿的三维数据，让用户与数据进行交互，产生身临其境的效果，而且还可以利用三维可视化技术，进行三维空间分析；系统与日常地测动态图形与数据实现无缝衔接，随开采过程动态建模，如三维建模、三维剖切、井下监测设施布置等。

井下三维状态重构如图3所示：

图3 井下三维状态重构

3.2.3通防管理系统

基本绘图：通风系统图、防尘系统图、矿井避灾路线图、通风安全监测监控系统图、抽放瓦斯系统图和瓦斯地质图等。

自动成图：在采掘工程平面图的基础上通过添加通风设施，生成通风系统图；可以根据通风网路解算结果生成压能图；在通风系统图基础上可以生成通风系统立体图；可以在通风系统立体图上进行通风设施、通风参数等的标注等功能。

同时，通风管理系统还具有通风阻力测定、通风网路解算等功能。

3.3WEB服务决策平台

3.3.1Web发布系统

煤炭企业安全生产多源多维信息系统为实现煤矿空间信息的完全共享，采用了C/S与B/S体系的混合应用模式，这样克服了传统管理信息系统的专业性和Intranet静态主页信息的局限性，并通过与后台信息数据库的连接，对用户提交的信息做出实时的反应，数据可随实际情况的改变而改变，不需要人工对网页进行更新即可满足用户的需要。

同时，该系统是一个基于工作流的安全生产信息化管理模型，它是建立在工作流基础上数据驱动的面向多部门协作与共享应用的模型，实现安全管理不同机构部门不同级别人员的分级处理（包括信息上报与信息反馈），一旦出现某一岗位信息的反馈不及时则上报到相应的上一级主管部门与人员，即实现逐级审批、反馈机制，达到信息的灵活应用。煤炭企业安全生产多源多维信息系统同时是一个上传下发的双向系统，实现由下而上的上传数据、报表、文档与专题图件等，由上而下的分发各类管理的相关文件、制度与应急处理措施等。

Web发布系统主要包括：地测管理子系统、调度管理子系统、矿井安全子系统、质量标准化子系统、一通三防管理子系统、机电管理子系统、系统管理子系统等，实现了全公司安全生产业务部门的信息共享，同时提高了矿井生产单位员工工作效率，达到了部门简化、减员增效等目标。生产调度管理如图4所示：

图4生产调度管理

3.3.2系统与各类监测监控系统接口

系统实现了与监测监控系统、水文水位水压监控系统、顶板压力监测监控系统的集成，实现了基于WebGIS远程监控及其联网应用。

通过专门开发了一套实时数据管理系统接口软件及统一的数据表结构，将实时数据（主要是瓦斯、温度、风压、顶板压力、水位等）自动按接口类型存储于数据库中，并动态显示在采掘工程平面图或通风系统图上，实现了瓦斯、温度、风压、顶板压力、水位等各类数据的实时跟踪与自动报警。

3.3.2 系统与集团公司其它信息系统接口

主要包括：生产统计、人员监测、煤炭运销、成本控制等等。例如：生产统计方面与煤炭产量计量装置接口，实现对矿井原煤产量等信息的实时动态查询、统计、分析。人员考勤管理方面，与井下考勤或人员定位系统接口，实现对下井人员出勤、井下人员位置、瓦检员工作状态等信息的动态查询、统计等。

第一作者简介：马  震  男，汉族，1981.02.25，2004年7月毕业于山东工商学院，学士学位，助理工程师，现任龙矿集团信息中心技术人员，电话：13001601321，通讯地址：山东省龙口市龙港开发区振兴南路369号，265700。