基于地理信息技术的“数字矿山”应用

基于地理信息技术的“数字矿山”应用摘要：本文从国内的技术实现背景方面阐述了“数字矿山”的概念，并以自主研发的Titan（泰坦）煤矿综合信息管理应用平台为例，分析和介绍了当前基于地理信息技术进行数字矿山建设的关键技术。关键词：数字矿山；地理信息；海量数据

“数字矿山”是一个科学、系统的概念，也是一种动态持续的过程。对于国内“数字矿山”的技术实现背景，我们可以从以下两个层面上来理解。 一个层面是将数字矿山中的固有信息（如地表地形、井下地质构造与矿体、测量控制系统、已完成的井巷工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿体；另一个层面是在此基础上再嵌入所有相关信息（如储量管理、机电管理、人事管理、生产管理、技术管理等），组成一个意义更加广泛的多维的数字矿山。随着矿山生产管理技术水平的提高，地理信息技术作为信息技术的一个重要组成部分，已逐步应用在“数字矿山”建设中。但是，目前地理信息技术在矿山生产管理上的应用还局限在个别方面，各方面之间缺乏有机的联系，没有作为一个整体综合地考虑，对矿山生产管理的影响有限。本文结合Titan（泰坦）空间信息基础平台软件，提出了一个新的解决方案，建立了Titan（泰坦）煤矿综合信息管理应用平台。该系统平台整合了矿井监控监测数据，使得决策者能够比较准确地了解井下的情况，实现了安全实时监控，同时实现了自动化制图和三维矿井虚拟，该系统平台已成功应用在山西大阳煤矿系统中。1、系统总体框架 系统总体框架为由数据库及管理系统、煤矿应用服务平台和煤矿专业应用系统组成的三层结构。 专业应用系统在煤矿应用服务平台的支持下，实现矿井安全实时监控、安全生产管理、设备管理、矿图管理以及煤矿储量计算、突发事件处理辅助决策、三维矿井虚拟等子系统。系统总体框架如下图1。B/S模B/S模式C/S模式数据库及管理系统煤矿综合信息库管理系统煤矿综合信息数据库矿井设计生产信息···地质测量信息基础地形数据库管理系统硬件及网络系统平台数据采集与更新属性数据录入、转换与更新图形数据、影像数据录入、转换与更新支撑软件扫描仪及扫描矢量化软件用户

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管理运行

监控统计

分析初始数据录入与转换煤矿三维信息分析煤矿模型库管理安全生产综合管理煤矿应用服务平台煤矿专业应用系统矿井安全实时监控设备管理矿图管理井下人员定位安全生产管理储量管理突发事件处理······三维矿井采掘虚拟煤矿安全生产主管部门系统接口图1系统总体框架2、系统建设的关键技术分析2.1．海量空间数据存储GIS技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据管理问题，因为对于一个城市级的GIS系统，其数据量极其巨大，一般可达到GB的数据量级。例如某市1:500的基础地图就有2.4GB。传统的基于文件的管理方式显然不能处理这些问题，而利用面向对象的大型数据库技术则能够有效地解决这一问题。在面向对象的空间数据库中，海量地图数据的使用变得更加简单：只需建立单一图层，不必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，即可形成一个完整的图层。在应用时，客户端只需极少量的编程（实际上只是指定数据源），就可实现对数据库里数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显示视野，自动将此范围内的图形检索出来，并送到客户端显示。因此，即使服务器端的数据是GB级的，在客户端的数据量却仅是几十到上百KB，大大减轻了客户端系统的配置需求，并减轻了网络流量。Titan空间数据管理接口（SpatialDataManagement，SDM）是Titan系列地理资讯系统软件平台中面向大型、海量空间信息（包括矢量和影像）的存储和管理系统而开发的解决方案。它提供TOSA模块在Oracle，MySQL，SqlServer，KingBase等多种数据库系统中存贮和管理矢量和影像数据，充分利用大型关系型数据库的数据存储、管理能力，为大型/超大型空间信息系统提供强有力的支持。2.2海量空间数据显示由于显示时，特别是地形漫游所涉及的地形数据可能相当大，甚至达到海量级别，受计算机内存和显存资源的限制因而不可能预先一次性把这些地形数据全部调入内存。然而，只要我们能开辟一个数据缓冲区(其数据量将远小于整个场景的地形数据量)来装载当前可见区及其附近的地形数据，并在漫游过程中根据当前视点位置与数据缓冲区几何中心之间的平面位置关系来判断是否需要立即更新数据缓冲区，如此一来，就有可能使得内存中所需调入的数据量仅与数据缓冲区的数据量相关，而与整个场景的地形数据量无关。从而只利用有限的PC内存和显存资源，即可实现基于大规模地形数据的大范围漫游。对于遥感影像数据的显示，Titan空间数据管理SDM建立影像金字塔。这样既能避免采用小波影像压缩技术的较多质量损失，又达到了海量影像数据的组织管理和快速浏览效果的目的，可以实现与数据量无关的快速显示。对于矢量数据的显示，Titan空间数据管理SDM建立了基于四叉树、R树混合索引技术，克服了传统单一索引技术的不足，为海量空间数据管理、显示奠定了坚实的基础。2.3自动制图在煤矿的勘探、开采设计及生产过程中，地质和测量图件是设计、生产的基础资料和依据,是地测工作最终成果的重要组成部分和形象化的表现形式。常用的图件主要包括：柱状类：钻孔柱状图、综合柱状图、煤层小柱状、煤岩层对比图；剖面类：地质剖面图、采区剖面图、巷道素描图；平面类：煤层底板等高线与储量计算图，各类等值线图，三下压煤图，水平切面图，采掘工程平面图，井上下对照图、通风系统图、排水系统图、井下避灾线路图、采区布置图、采掘衔接计划图、工作面循环图表等。煤矿地质测量常用图件绘制的自动化程度、信息更新的动态编辑能力以及图件之间信息的共享程度是衡量一个专业GIS平台优劣的一个主要标志。本系统采用了TitanGIS基础地理信息平台软件开发，TitanGIS具有完整的GIS数据结构，支持Titan实体关系、空间拓扑结构，栅格数据结构和不规则三角网TIN数据模型。提供强大的图形编辑、显示、图表互查、绘图输出及丰富的矢量分析功能和基于栅格及TIN的多种空间分析功能，是一个全功能、面向分析和开发的专业GIS产品。TitanGIS支持点装、线型符合编辑器，可建立符合煤矿行业制图标准的符号库系统。Titan（泰坦）煤矿综合信息管理应用平台提供了基于采掘工作面进度的采掘工程平面图自动制图功能。数据更新在TitanSDM,制图出图采用AutoCAD。TitanSDM更新的数据主要是采区空间数据。更新的方式采用输入综采周报的推进进度（单位：米），自动更新（制图）采区空间数据。制图自动获得动态数据，即自动获得已经更新的采区数据。其工作方式如图2所示。输入工作面回风巷、进风巷推进长度（米）输入工作面回风巷、进风巷推进长度（米）自动计算推进位置地理坐标，方位等信息自动更新工作面空间数据（自动制图）选择已经入库的AutCAD图件（如采掘工作平面图）工作面空间数据转换为DXF/DWG启动AutoCAD装载原入库图件数据装载已经更新的采区空间数据浏览、修改、打印图2自动制图出图方案图2.4三维地质模型生成煤矿地质测量3D模型的构建与可视化将大大提高煤矿工作人员对煤矿生产各个环节的直观认识。但是由于数据采集的难度以及生成算法的复杂性，基于数字化矿山全景式真三维建模与显示为目的3D软件的开发尚处在摸索之中。目前，许多煤炭行业的地学工作者将工作的重点放在多煤层地质实体及井巷工程的3D建模与可视化研究方面。Titan3DM基于框架建模的思路研制开发而成。它利用平行或基本平行的剖面数据建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型，并且以此为基础作为特定的要求提供特定的服务。Titan3DM主要由三个核心模块组成。分别为：剖面处理模块、对应关系处理模块和模型处理模块。剖面处理模块的主要功能是建立生成模型的数据剖面。数据剖面由多边形、环和点元素组成。对应关系处理模块的主要功能是建立起剖面之间、多边形之间、环之间和点之间的一一对应关系，这样便建立起了建模元素之间在三维空间中的联系。在剖面数据和剖面对应关系的基础上，便可以用模型处理模块建立和处理三维实体模型。在矿山企业中用于建立井下采矿、露天采矿，矿体模型，巷道模型，矿建模型。2.5矿山虚拟现实模拟与可视化仿真技术模拟仿真技术是通过图形（图像）反映灾害状况的最好手段，煤矿灾害同其它地理现象一样，具有空间定位性。通过模拟仿真技术可将各种数据或分析成果，如灾害类型分布、灾害危险程度分区、灾情动态演变、损失及救灾措施、规划等直观而有效地交互式的显示在电子地图上。管理人员通过查看历史曲线，利用实践经验，科学预测灾变或发展趋势，做出准确的分析判断，并给出相应的反馈信息和决策，进而做到科学指挥，将灾害消灭于萌芽状态或将灾害损失降到最低限度。利用GIS技术还可以进行灾害模拟，使我们可以在无损现场数据的条件下，研究灾害的发生、发展规律，检验防灾系统和方案是否合理。进一步模拟仿真技术还应支持虚拟现实技术，当观察者进入虚拟的开拓系统中，应能观察到巷道的支护情况，顶底板及两帮岩性，机电设备的运转状况等。使决策者如同身临其境，各种可能方案的优劣比较也清楚明白，在防灾减灾决策时减少盲目性。

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会客服自己的惰性，准时走上自己的岗位。这对我以后的学习生活也是一种鞭策，时刻牢记自己的责任，并努力加强自己的时间观念。其次让我真实的体会到了合作的重要性。虽然我工作的只是小小的一家餐厅，但是从点单到制作到递送到结帐这一环环的工作都是有分工的，只有这样才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前虽然在书上看见过很多的团队合作的例子，但这一次是深刻的体会到了，正所谓“众人拾柴火焰高”，“团结就是力量”。在以后的学习和工作中，一定会要牢记这一点，将自己融入到集体中，和大家一起携手走向辉煌。再次，这次打工的经历也让我的心理更加趋于成熟。在餐厅里每天面对形形色色的客人，重复着单调的工作。让从未涉世的我还是有那么一点点不适应的，但是坚持就是胜利。打工毕竟和在家是完全不同的概念，我们学会需要忍耐，需要