基于三维GIS的数字矿山综合管理系统的研究和应用_百度文库

1、科技论坛引言三维可视化矿山综合管理系统的任务,是在矿业信息数据仓库的基础上,建立一个包括地形、岩层、煤层、水体、地面建筑、地下工程、运输、供电、避灾路线、生产调度、设备管理、监测监控、安全管理等在内的空间信息平台,使设备工况、控制及环境参数在统一的平台传输和集成,为实现矿山企业“人、机、环、管”信息的集成管理和综合监控,以及针对企业“生产、安全、成本”的全视角分析,提供全新的思路和应用模式。传统的矿山信息化建设存在诸多的缺陷和瓶颈:井下生产及安全监控的各类自动化系统,大多都处于独立运行的状态,自成体系,信息资源共享和利用效率低下,“信息孤岛”现象严重,缺乏数据、应用的集成和整合。同时,传统的二

2、维平面地图,空间尺度感差,无法实现精确定位,难于用于现场数据的模拟和应用。随着采矿生产新技术的不断推广应用和管理水平的不断提高,矿井生产和安全管理监控已经不只是考虑加快生产过程中某一环节的速度和效率,而是需要将整个生产过程作为一个整体进行考虑,形成针对全生产过程的综合监控管理体系。1系统架构系统建设基于3S 技术,利用已有的矿区三维数字地面模型(DEM 、数字正射影像(DOM 、基础地理数据等多尺度的地表数据和地下煤层、水文、断层等地质构造数据,结合三维建筑模型、道路模型、植被模型、工矿设备模型和地下巷道模型,在互联网的环境下,通过客户端的Terra Explorer 三维可视化平台,服务器端

3、的ArcGIS/Oracle 后台管理,构建统一的、基础性的、可扩展的空间信息展示平台,实现在三维可视化环境下的矿山生产管理、安全管理、人员管理、设备管理等一系列企业管理工作。系统基于Skyline 三维GIS 平台,利用Visual Studio .Net 2005为开发工具、C#作为开发语言,采用多层架构实现对三维GIS 应用平台的二次开发。架构主要由网络基础设施层、空间信息资源层、基础软件平台层、应用服务平台层、应用系统层以及相应的系统安全体系、标准规范体系共同构成。系统采用B/S 的技术框架,集成数据库技术、空间数据引擎技术、WebGIS 技术、三维可视化技术、多媒体技术、系统集成技术

4、等,采取功能控制流和数据流交叉组织的方式,实现三维GIS 管理、分析等功能。2系统功能2.1真三维矿山场景三维数字矿山综合系统是一套真实的三维地理空间信息平台,在矿山企业已有地测数据的基础上,对矿山的井上和井下数据进行真实的构建。系统可以展现矿山集团下属各个企业的地理分布及和相关信息,以及矿区周边的地理环境信息,如:地形地貌、地质构造、煤面断层等。同时,按照真实的现场景观,系统对矿区地上建筑和工矿设备进行三维仿真,并且对建筑物内部进行详细的模型构建,使用户可以深入到内部进行查看和浏览。对于井工矿而言,井下工程信息更是系统关注的重点,如:巷道空间位置、工作面、轨道路线等。系统利用矿山企业已有的采

5、掘工程平面图、井上井下对照图等图纸中的勘测数据生成真实的三维巷道,方便用户直观可视化的查看井下信息的空间分布和状态。同时,用户可深入到巷道内部,实时查看井下设备的细部特征。在巷道三维空间位置的基础上,系统可以对矿区应急避灾路线信息进行三维展示。2.2实时数据集成三维数字矿山综合管理系统可接入各类自动化系统数据,配合三维场景中的设备、传感器的分布状况,实现对各类生产、安全类实时数据、历史数据的三维可视化展示、综合分析和报警。具体包括:井下工业环网、设备、传感器,在三维场景的位置标识;接入系统实时数据,实现分类、集成展示。按照不同的专业特征,构建细部场景,实时分析和报警;构建“历史数据库”,实现各

6、系统实时数据的集中管理;可接入平台的各个自动化子系统,包括以下方面: 2.3可交互的生产现场工作面是井工矿的主要生产场所,平台通过对工作面现场各类生产自动化系统的接入,可以直接定位到各工作面现场,实现对“人、机、环、管”等现场信息的动态跟踪和集成展示。对于井下人员管理,系统可以定位展示所有人员的空间位置,从入井到出井全过程中,即时掌握人员在井下的位置和行为。同时,对于选定人员进行路径回访,查看其历史记录。同时,系统实现了三维环境下的视频监控功能,用户可了解井上井下视频摄像的分布位置,并实时查看井下巷道、工作面等场所的真实情况,保证了视频画面和空间位置的相结合。系统实现了对设备的实时管理,展示设

7、备其空间分布状况,在三维场景下,方便用户查看各个设备的系统参数,了解其运行状态是否良好。系统对井下环境状况进行真实的反映,通过接入“井下安全生产监测系统”的实时数据,如:瓦斯、CO 、甲烷等,查看观测探头的分布位置和观测数据,让用户实时了解井下不同位置的环境安全情况。对于发生重大事故,系统可以对矿区事故发生现场的电子地图跟踪指引,实时指示矿下人员、救援人员的位置,通过数据中心的专家数据库,生成最佳避灾路线,辅助领导做出应急预案。同时,系统在发生重大事故后,各类专业系统实时信息的回放,对事故进行分析和总结。2.4动态更新服务系统为用户提供了完整的生产工艺,真正解决矿井环境、采掘工程信息的跟踪模拟

8、、动态更新问题。针对矿山企业日常生产过程中,巷道需要不断掘进,地测数据不断更新,工作面情况不断变化,系统提供给用户一种方便、快捷的自动更新机制,可以周期性更新巷道掘进、工作面推进状况,根据实际工作周期对其变动状况做出真实的反映,同时周期性更新机电设备安装变更等井下状况,对其变动状况做出真实的反映。结束语三维数字矿山综合管理系统实现了矿山井上井下三维仿真可视化、对各个子系统实时数据的集成接入,对井下生产、安全管理状况随时掌控,提供给用户三维可视化的交互操作和管理,并且采用动态更新的机制,维护整个系统的可持续化管理。三维数字矿山综合管理系统以多维信息导航的手段、全新的视角和模式,给领导层提供更加直

9、接的管理手段,为矿山企业生产、安全管理方面,提供快速辅助决策分析、资产管理和经营分析,实现精细化管理。同时,系统还打通了数据壁垒,消除了信息孤岛,为企业提供空间信息集成应用的平台,加强了企业集团管控力度,促进了大企业快速发展,是企业信息化向智能化发展的必然结果和趋势。参考文献1张新,赵红蕊,陈宜金.人类可持续发展与“数字矿山”研究J.东北测绘,1999(04.2耿铭卢,国斌.数字化三维矿山仿真技术的研究J.现代矿业,2009(8.3李春民,李仲学.“数字矿山”三维可视化研究J.系统仿真学报,2006(2.4李一凡.数字矿山信息系统的研究及应用D.武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所,2007.5张振波,孟志强.GIS 在矿山中的应用探索J.黑龙江科技信息,2007(1.作者简介:李国鑫(1981,男,河北石家庄人,硕士研究生,现从事三维GIS 的应用和研究。基于三维GIS 的数字矿山综合管理系统的研究和应用李国鑫1袁海涛2陈宜金1(1、中国矿业大学(北京地球科学与测绘工程学院,北京1000832、北京威远图易数字科技有限公司,北京100044