定制礦山gis系統(tǒng)技術(shù)的簡單介紹

建設(shè)數(shù)字礦山的核心技術(shù)是什么

智能化的煤礦開采技術(shù)可以實現(xiàn)綜合開采設(shè)備的全自動化操作，從而達到可視化遠程控制狀態(tài)。

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對于煤礦企業(yè)來說，在煤礦開采的過程當中，必然會面臨開采人員的人身安全問題，尤其是地下煤礦開采活動，為了能夠降低安全事故的發(fā)生概率，并且對已發(fā)生的事故能夠做出及時的響應(yīng)。

這時候煤礦智能化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用作用就凸顯出來了，一方面，有效地構(gòu)建了一個能夠準確定位井下工作人員的具體位置的感知區(qū)域，為發(fā)生危險時進行搜救提供了更加有力的幫助；另一方面，通過與云計算和邊緣計算的充分結(jié)合，促進了設(shè)備數(shù)據(jù)的完美互通，從而對地下環(huán)境實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控。

通過監(jiān)控中心與指揮中心的互聯(lián)互通以及相互協(xié)作，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工作面的可視化，同時還提高了井下作業(yè)的安全性，實現(xiàn)了地面指揮中心對井下作業(yè)相關(guān)情況的及時捕獲，并針對突發(fā)事故做出及時的反應(yīng)。

煤礦的地質(zhì)信息會隨著采掘工作的進展而發(fā)生不同變化的動態(tài)信息。將地址信息精準化是煤礦采掘的基本也是核心，也是智能模塊形成的基礎(chǔ)條件。

所以，開發(fā)工作面使用智能采掘系統(tǒng)及裝備，將采掘數(shù)據(jù)與地址信息自動采集、處理、分析從而構(gòu)建一個精確的動態(tài)巷道圖，將礦井內(nèi)部全方位信息透明化，從而實現(xiàn)將地質(zhì)信息、測量數(shù)據(jù)及巷道掘進動態(tài)，形成三維電子圖進行管理。Hightopo根據(jù)礦山現(xiàn)場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設(shè)備三視圖等資料還原外觀建模，搭建 3D 輕量化大型智慧礦山，圍繞以數(shù)字化開采、高速掘進、智能通風排水供配電、篩煤工藝等內(nèi)容為主體的三維立體可視化管理系統(tǒng)。

通過其引擎強大的渲染功能，真實還原采煤機井下運動工況的行進效果，利用可視化圖表將采煤機運行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行直觀呈現(xiàn)。設(shè)有記憶割煤、滾筒換向、自動往返及故障診斷的聯(lián)動控制功能，針對采煤機故障診斷提供切實的數(shù)據(jù)依據(jù)，加速扼殺故障的萌芽。通過地面調(diào)度室即可遠程遙控操作，由此達成井下少人化作業(yè)，加大煤炭資源的開采效率，為采煤機的高效安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

在煤炭開采過程中，可以實現(xiàn)機械設(shè)備處于全面控制并且被實時監(jiān)控的狀態(tài)。例如，采煤專用設(shè)備，液壓支架、供電設(shè)備等。此外，根據(jù)實際工作環(huán)境，設(shè)計合理的施工工序，實現(xiàn)井下作業(yè)控制系統(tǒng)與地面控制中心控制系統(tǒng)集中控制綜采工作面，不僅可以實現(xiàn)煤炭開采流程全自動，還可以實現(xiàn)井下作業(yè)的可視化，從而在很大程度上提升了井下作業(yè)的安全性以及提高煤炭開采的工作質(zhì)量。

HT 也提供結(jié)合 GIS 地圖展示礦山領(lǐng)域解決方案，產(chǎn)品的定位在于運用產(chǎn)品強大的可視化技術(shù)，通過無人機航拍，加后期數(shù)據(jù)處理，無縫融合 HT 原有 3D 模型，實現(xiàn)了礦山宏觀和微觀融合一體化的需求，很好的解決了傳統(tǒng)人工實景建模工作量巨大的問題。

針對環(huán)境態(tài)勢、掘采進度、設(shè)備運作、工況狀態(tài)等信息進行高精度實時監(jiān)測，賦予數(shù)據(jù)空間屬性，使復雜因素可視化。形成一套可被洞察的參考數(shù)據(jù)，為開采作業(yè)監(jiān)管提供強有力的決策支撐。

隨著國家環(huán)境保護力度的持續(xù)加大及能源消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，正倒逼煤炭產(chǎn)業(yè)必須走綠色智能的清潔化生產(chǎn)之路。云技術(shù)、大數(shù)據(jù)時代的到來，煤炭行業(yè)如果想恢復改革開放時期的繁榮景象，就必須緊跟時代步伐，運用大數(shù)據(jù)，結(jié)合云技術(shù)將智能化技術(shù)運用到開采工作當中。

基于GIS的國家出資地質(zhì)勘查核查系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳小紅1 潘懋1 徐旸2 汪艷梅3

(1.北京大學地球與空間科學學院；2.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源信息院)

摘要 進行礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查情況核查是礦政管理的一項重要工作。本文基于GIS技術(shù)，采用礦政空間數(shù)據(jù)與地質(zhì)資料的結(jié)合，實現(xiàn)了礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查情況篩查、重疊區(qū)域的核實等功能。該系統(tǒng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源廳實際工作中得到了應(yīng)用，極大地提高了核查工作效率。

關(guān)鍵詞 國家出資地質(zhì)勘查 GIS 空間分析 影像配準

0 引言

國家出資地質(zhì)勘查，是指地質(zhì)勘查資金由國家投入、地質(zhì)勘查風險由出資者(國家)所承擔的地質(zhì)勘查。國家投入的地質(zhì)勘查資金來源一般包括稅收、礦產(chǎn)資源補償款、礦業(yè)權(quán)使用費及價款、地質(zhì)勘查基金(中央或者地方)[1～2]。國家出資地質(zhì)勘查形成的成果以不同形成體現(xiàn)在礦業(yè)權(quán)中，因此在礦業(yè)權(quán)登記、轉(zhuǎn)讓等環(huán)節(jié)中，需要考慮國家出資地質(zhì)勘查情況。

礦政管理一般要承擔礦業(yè)權(quán)的登記、變更、注銷等工作以及礦產(chǎn)儲量登記工作等。GIS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦政管理系統(tǒng)中，礦權(quán)管理系統(tǒng)、儲量空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、礦業(yè)權(quán)審批系統(tǒng)等[3～7]主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)填報、礦權(quán)登記業(yè)務(wù)流程管理、網(wǎng)上審批、基于GIS功能的圖形查詢、統(tǒng)計、發(fā)布等功能；GIS應(yīng)用于“一張圖管礦”是業(yè)內(nèi)研究的熱點，主要將礦業(yè)權(quán)實地核查數(shù)據(jù)與礦產(chǎn)資源規(guī)劃等多個數(shù)據(jù)庫進行集成，實現(xiàn)礦權(quán)審批、監(jiān)管、統(tǒng)計分析等[8～11]。

本文基于GIS技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)檔案資料，集成探礦權(quán)、采礦權(quán)、儲量等空間信息，實現(xiàn)了礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查情況篩查、重疊區(qū)域的核實等功能，為礦業(yè)權(quán)登記、轉(zhuǎn)讓等環(huán)節(jié)中價款核算提供支持。該系統(tǒng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源廳工作中得到應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)核查中核查精度低、周期長的問題，提高了礦政管理效率。

1 系統(tǒng)框架及功能

1.1 設(shè)計思路

礦業(yè)權(quán)(探礦權(quán)、采礦權(quán)、劃定礦區(qū)范圍批復等)審批、價款評估與繳費是礦政管理的一項重要工作，而進行礦業(yè)權(quán)范圍內(nèi)國家出資地質(zhì)勘查情況核查工作是礦政管理及價款評估與收繳的重要依據(jù)之一。基于GIS的國家出資地質(zhì)勘查核查系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)滿足礦政管理的多層次需求，實現(xiàn)涉及礦政管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、查詢、圖形核查、報告管理、統(tǒng)計分析等需求。系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循總體設(shè)計、分步實施、技術(shù)先進、安全可靠的基本思路。

總體設(shè)計，分步實施：系統(tǒng)設(shè)計按照礦政管理需求，全面統(tǒng)籌規(guī)劃，做好頂層設(shè)計，進而分步驟實施。優(yōu)先考慮系統(tǒng)架構(gòu)的合理設(shè)計，在此基礎(chǔ)上逐步進行各功能組件及系統(tǒng)接口的深化設(shè)計，使組件之間實現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合，力求形成一個布局合理、功能完備、能力均衡、分工明確的平臺。

技術(shù)先進，安全可靠：系統(tǒng)建設(shè)充分借鑒信息技術(shù)發(fā)展前沿技術(shù)，綜合運用數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)(GIS)、分布式計算等多項信息技術(shù)，并遵循穩(wěn)定性(運行穩(wěn)定)、可擴展性(功能、數(shù)據(jù)、可視化、用戶界面等)、可配置性(參數(shù)可配置)、標準性和規(guī)范性等設(shè)計原則。

1.2 系統(tǒng)框架

基于GIS的國家出資地質(zhì)勘查核查系統(tǒng)框架包括數(shù)據(jù)庫、技術(shù)支撐、應(yīng)用系統(tǒng)、用戶等，如圖1所示。利用地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)資料圖文數(shù)據(jù)庫、探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)庫、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)庫及儲量空間數(shù)據(jù)庫，提取相關(guān)的數(shù)據(jù)項，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；采用空間數(shù)據(jù)庫引擎進行數(shù)據(jù)訪問；基于GIS平臺二次開發(fā)，實現(xiàn)空間檢索和圖形核查等功能；基礎(chǔ)組件實現(xiàn)顯示、可視化、報表、報告模板、輸出等等功能。

圖1 基于GIS的國家出資地質(zhì)勘查核查系統(tǒng)框架

1.3 主要功能

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：主要包括地理底圖、地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)、探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)、儲量空間數(shù)據(jù)管理。除了具有數(shù)據(jù)導入、錄入、修改、刪除等功能外，還包括利用區(qū)域坐標(拐點坐標)生成圖層功能，生成的圖層為地質(zhì)資料目錄GIS圖層、探礦權(quán)GIS圖層、礦業(yè)權(quán)GIS圖層、儲量GIS圖層；另外，區(qū)域坐標(拐點坐標)發(fā)生變化后，GIS圖層將實現(xiàn)更新。

條件查詢：包括地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)、探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)、儲量空間數(shù)據(jù)查詢。

空間檢索：除了具有點選檢索、拉框檢索、輸入地理坐標檢索功能外，還有兩個圖層交互檢索功能。

圖形核查：功能包括兩個方面：一是在地理底圖基礎(chǔ)上加載探礦權(quán)圖層、礦業(yè)權(quán)圖層、儲量信息圖層及地質(zhì)資料目錄圖層，實現(xiàn)待核查礦權(quán)范圍內(nèi)地質(zhì)資料檢索，檢索結(jié)果顯示、追加、刪除及資料查看等功能；二是實現(xiàn)待核查礦權(quán)與涉及國家出資地質(zhì)勘查重疊區(qū)域比對功能，包括導入數(shù)據(jù)、配準、距離量算、面積量算、數(shù)據(jù)導出等功能。

核查報告管理：核查信息保存到數(shù)據(jù)庫后，系統(tǒng)具有提取核查信息并自動生成報告功能，并且還具有報告上傳入庫、查詢、顯示等功能。

統(tǒng)計分析：按照礦權(quán)性質(zhì)(招拍掛、探礦權(quán)、采礦權(quán)、劃定礦區(qū)范圍)統(tǒng)計，按礦權(quán)類別(探轉(zhuǎn)采、延續(xù)、變更、轉(zhuǎn)讓、新立)統(tǒng)計，按行政區(qū)劃查詢(礦權(quán)所在的省、市、區(qū)行政區(qū)劃)統(tǒng)計。

2 系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

系統(tǒng)采用Oracle10 g數(shù)據(jù)庫，把地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫、探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)庫、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)庫及儲量空間數(shù)據(jù)庫提取的數(shù)據(jù)項按照空間-屬性進行關(guān)聯(lián)；系統(tǒng)采用C＃ WinForm，基于GIS平臺二次開發(fā)；實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要為礦權(quán)涉及國家出資地質(zhì)勘查項目篩查、礦權(quán)涉及國家出資地質(zhì)勘查重疊區(qū)域核實、核查信息提取并生成核查報告等方面。

2.1 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織

地質(zhì)資料是一種國家投入巨額勘查資金獲得的特有信息資源[3]，是將地質(zhì)勘查形成的原始地質(zhì)資料、實物地質(zhì)資料等進行總結(jié)、編制而形成，地質(zhì)資料需按照地質(zhì)匯交管理辦法進行匯交[12]。匯交的地質(zhì)資料包含目錄和電子文件。利用地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)資料圖文數(shù)據(jù)庫、探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)庫、礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)庫及儲量空間數(shù)據(jù)庫，提取相關(guān)的數(shù)據(jù)項，再增加與核查特性相關(guān)的數(shù)據(jù)項，組成核查系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

提取地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫中檔號、報告名稱、起始經(jīng)度、終止經(jīng)度、起始緯度、終止緯度等數(shù)據(jù)項，并增加是否涉及國家出資數(shù)據(jù)項；提取地質(zhì)資料圖文數(shù)據(jù)庫的檔案號及電子文件；提取探礦權(quán)登記數(shù)據(jù)庫中礦權(quán)證號、項目名稱、礦權(quán)性質(zhì)、申請人、勘查單位、地理位置、東經(jīng)起、東經(jīng)止、北緯起、北緯止、區(qū)域坐標(拐點坐標)等數(shù)據(jù)項，并利用坐標信息組織空間數(shù)據(jù)圖層；提取礦業(yè)權(quán)登記數(shù)據(jù)庫中礦權(quán)證號、礦山名稱、礦權(quán)性質(zhì)、申請人、勘查單位、地理位置、東經(jīng)起、東經(jīng)止、北緯起、北緯止、區(qū)域坐標(拐點坐標)等數(shù)據(jù)項，并利用坐標信息組織空間數(shù)據(jù)圖層；提取儲量空間數(shù)據(jù)庫中礦區(qū)名稱、報告名稱、行政區(qū)域、主礦種、礦區(qū)面積、地理位置、東經(jīng)起、東經(jīng)止、北緯起、北緯止、區(qū)域坐標(拐點坐標)等數(shù)據(jù)項，并利用坐標信息組織空間數(shù)據(jù)圖層。

另外，設(shè)計了保存核查結(jié)果的數(shù)據(jù)項，主要為：文號、項目名稱、項目性質(zhì)、礦權(quán)證號、礦權(quán)人、面積、行政區(qū)域、東經(jīng)起、東經(jīng)止、北緯起、北緯止、區(qū)域坐標(拐點坐標)、報告出具時間、是否國家出資等。

2.2 礦權(quán)涉及國家出資地質(zhì)勘查項目篩查

在地理底圖上，加載探礦權(quán)圖層、采礦權(quán)圖層、儲量信息圖層、地質(zhì)資料目錄圖層，利用GIS的空間分析功能[13，14]，實現(xiàn)礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查項目，具體步驟為：

1)建立圖形工作區(qū)，圖形工作區(qū)為西安80 地理坐標，并加載探礦權(quán)圖層、采礦權(quán)圖層、儲量信息圖層、地質(zhì)資料目錄圖層，其中，探礦權(quán)圖層、采礦權(quán)圖層、儲量信息圖層一般為高斯三度帶或者高斯六度帶投影，需進行坐標轉(zhuǎn)換。

2)地質(zhì)資料目錄圖層中屬性“是否涉及國家出資”數(shù)據(jù)項進行標識，分別標為“涉及國家出資”和“不涉及國家出資”。

3)在探礦權(quán)圖層、采礦權(quán)圖層或儲量信息圖層中，選定待核查礦權(quán)，利用GIS空間分析功能，得出該礦權(quán)范圍所有的地質(zhì)勘查項目，如圖2所示。

4)利用“是否涉及國家出資”數(shù)據(jù)項進一步篩查，即可得出礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查項目。

5)篩查得出的涉及國家出資地質(zhì)勘查項目，如有其他資料進行佐證，可以追加或者剔除。

圖2 待核查礦權(quán)涉及地質(zhì)勘查項目示意圖

2.3 礦權(quán)與國家出資地質(zhì)勘查重疊區(qū)域核實

篩查得出的涉及國家出資地質(zhì)勘查項目，與圖文數(shù)據(jù)庫鏈接，提取國家出資地質(zhì)勘查項目數(shù)據(jù)，并利用GIS的矢量數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)配準功能[15～17]，實現(xiàn)礦權(quán)與國家出資地質(zhì)勘查重疊區(qū)域核實。具體步驟為：

1)建立圖形工作區(qū)，圖形工作采用高斯三度帶或者高斯六度帶投影，并加載待核查礦權(quán)圖形。

2)獲取國家出資地質(zhì)勘查工作區(qū)域影像數(shù)據(jù)，并以待核查礦權(quán)圖形為參考進行配準，如圖3所示。

3)配準后，在圖形工作區(qū)域利用距離或者面積量算工具，確定待核查礦權(quán)與涉及國家出資地質(zhì)勘查工作區(qū)比例。

圖3 待核查礦權(quán)圖形與涉及國家出資工作區(qū)域影像配準

2.4 核查信息提取，自動形成核查報告

核查中形成礦權(quán)人、礦權(quán)、位置(坐標)、面積、礦權(quán)范圍涉及地質(zhì)勘查情況等信息，提取后存入數(shù)據(jù)庫中。利用Word模板，系統(tǒng)實現(xiàn)核查報告自動生成，該報告為礦權(quán)價款核算提供重要依據(jù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)在開發(fā)完成后，依托內(nèi)蒙古自治區(qū)礦政管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)建設(shè)項目，在內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源廳實際工作中得到應(yīng)用，極大地提高了核查工作效率。圖4為該系統(tǒng)主界面。

圖4 基于GIS的礦權(quán)涉及國家出資地質(zhì)勘查核查系統(tǒng)工作界面

以前核查一宗礦權(quán)涉及國家出資地質(zhì)勘查需要調(diào)閱20 檔左右的紙質(zhì)資料，并需要采用手工的方式，將坐標轉(zhuǎn)換后投影到礦權(quán)紙圖上扣合后得出結(jié)論，這種方式費時、費力，效率低下。而該系統(tǒng)實現(xiàn)了核查流程自動化，利用GIS的空間分析功能，快速得出涉及國家出資地質(zhì)勘查情況，而且可以直接調(diào)閱地質(zhì)資料，并在計算機屏幕上進行核查，減少了大量反復調(diào)閱紙質(zhì)地質(zhì)資料的時間，核查效率提高30%以上。

4 結(jié)論

本文基于GIS技術(shù)，結(jié)合礦政信息管理實際需求，實現(xiàn)了礦權(quán)范圍內(nèi)涉及國家出資地質(zhì)勘查核查功能。該系統(tǒng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源廳應(yīng)用中取得了很好的效果，利用該系統(tǒng)，累計完成了超過近千宗的礦權(quán)核查，提高了礦政管理能力，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

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什么是礦山三維地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種以采集、儲存、管理、分析和描述地球表面與地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。與一般信息系統(tǒng)的差別是,它采集的信息是按地理空間分布特征來反映地理實體結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化規(guī)律的。從學科的角度,GIS是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學科,具有獨立的學科體系;從功能上,GIS具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能。煤礦三維地理信息系統(tǒng)(煤礦三維GIS)是用于描述煤礦地質(zhì)信息、井下環(huán)境和設(shè)備的應(yīng)用軟件。煤礦三維地理信息系統(tǒng)能夠有效地建立礦山空間數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)礦山的全景顯示、動態(tài)顯示,真實、直觀、準確、清晰地表現(xiàn)地層、斷裂、礦體及圍巖形態(tài),表達鉆孔、礦井(豎井、斜井)、巷道、探槽、采空區(qū)、采礦區(qū)、采礦工作面形態(tài),表達各種機械設(shè)備的配備與運轉(zhuǎn)狀況,表達礦井風流狀況、瓦斯?jié)舛?、地?yīng)力場等三維現(xiàn)象。煤礦三維地理信息系統(tǒng)可以有效地利用現(xiàn)有資料對未采區(qū)和采掘工作面前方、深部及外圍的地質(zhì)構(gòu)造、礦體變化、礦床分帶及其它開采條件進行預報預測。2國內(nèi)現(xiàn)狀中國煤礦GIS應(yīng)用起步較晚,與國際水平相比有較大差距,煤礦行業(yè)迫切需要一個適應(yīng)于中國國(

新聞標題：定制礦山gis系統(tǒng)技術(shù)的簡單介紹
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