煤矿数字化智慧矿山整体解决方案（技术方案）

煤矿数字化智慧矿山整体解决方案投标文件（技术方案）投标方案投标人名称：****有限责任公司地址：****号二楼联系人：****投标日期：****报告说明声明：本文内容信息来源于公开渠道，对文中内容的准确性、完整性、及时性或可靠性不作任何保证。本文内容仅供参考与学习交流使用，不构成相关领域的建议和依据.《一份好的投标文件，至少让你成功了一半。》 11.1项目背景和意义 11.2当前国内外煤矿行业信息化现状 2 21.2.2国内发展现状 61.3数字化矿山概况 1.3.1数字化矿山建设历程 1.3.2数字化矿山建设各阶段关键特征 1.3.3数字化矿山定义 1.4.1XX煤矿概况 1.4.2XX煤矿数字化矿山调研现状 1.5数字化矿山工程建设的目标和原则 1.5.2数字化矿山建设具体目标 1.5.3数字化矿山建设的预期效果 1.5.4数字化矿山建设指导思想 1.5.5数字化矿山建设原则 2.1数字化矿山建设设计依据 2.2数字化矿山的建设范围 2.3数字化矿山建设与集团信息化的关系 3.1数字化矿山系统架构 3.1.1数字化矿山统一的平台或系统规划 3.1.2数字化矿山的六层架构 3.2系统建设的理论支撑和模型研究 3.2.1灰色地理信息系统的理论及技术 42 433.2.3灰色地理信息系统的定义及特征 473.2.4灰色地理信息系统数据模型 3.2.5GGIS的功能特点 3.3高精度透明化三维动态地质模型和巷道建模 3.3.2巷道几何建模 3.3.3高精度透明化三维地质模型的动态生成 3.4面向多部门管理与信息共享应用的管理模型 3.4.1面向多部门协作与信息共享应用模型 3.4.2基于工作流的安全信息分级处理反馈管理模型 3.5矿井重大危险源评价指标体系和方法 3.5.1煤矿重大危险源分级体系 3.5.2评价指标体系构建的原则 3.5.3评价指标体系结构 3.5.4评价指标体系 3.5.5瓦斯、水害评价方法研究 3.6煤矿重大危险源预警模型 3.6.1基于GIS的煤矿重大危险源隐患识别预警模型研究 3.6.2其他数学模型的研究与应用 4.1XX煤矿数据传输平台 4.1.1管理网络 4.1.2工业以太环网(综合自动化网络) 4.1.3接口标准 4.1.4服务器和磁盘阵列 4.1.5网络安全系统 4.1.6网络行为管理系统 4.1.7工业以太环网主干光缆 4.2XX煤矿数据传输系统 4.2.1传输系统设计 4.2.2传输系统功能特点 4.2.3各监测监控网络和以太网的融合 4.3XX煤矿数据仓库、模型及软件平台的集成开发 4.3.1矿山数据仓库 4.3.2软件平台的总体架构设计 4.3.3软件系统与网络集成的总体架构设计 4.4XX煤矿专用GIS的开发和设计 4.4.1开发内容 4.4.2关键技术 4.5三维可视化平台的关键技术开发 4.5.1开发内容 4.5.2关键技术 4.6.1功能设计 4.6.2软件平台系统设计 4.6.3关键技术 5.1综合自动化监控平台 5.3综合自动化子系统的建设和接入 5.3.1综采工作面监控系统 5.3.2主煤流运输集控系统 5.3.3井下排水监控子系统(接入) 5.3.4矿井通风监控系统(接入) 5.3.5矿井压风机监控系统 5.3.7生活水、污水处理厂监控系统(接入) 5.3.8水源井水处理系统(接入) 5.3.9锅炉房监控系统(接入) 5.3.10主副井提升监控系统(接入) 2175.3.112#副立井监控系统(接入) 219 5.3.13瓦斯抽放监控系统 5.3.14洗煤厂生产系统(接入) 5.3.15钢丝绳在线检测系统 5.3.16矿井产量监测系统 5.3.17机车信集闭系统 5.3.18综掘工作面监控系统(接入) 5.3.19其他子系统接入 2425.4矿井通讯系统建设 5.4.1矿井调度通讯系统 5.4.2矿井无线通讯系统(wifi方案) 5.4.3矿井无线通讯系统(3G方案) 5.4.4矿井信息引导发布系统 5.4.5矿井IP广播系统 5.5矿井辅助系统建设 5.5.1数字工业电视系统 5.5.2大屏幕显示系统 5.5.3煤矿安全生产三维仿真培训与地质构造透明化3D环幕显示系统 5.5.4综合布线工程 5.5.5机房工程 5.5.6瓦检员巡更系统 2885.5.7无人值守灯房系统 6.1通风调度大屏显示系统 6.1.2系统设计 6.1.3系统功能 6.1.4产品主要指标和技术参数 2916.2安全监测子系统 6.2.2系统设计 6.2.4系统接入 6.3井下人员定位管理系统 6.3.1系统概述 6.3.2系统组成 6.3.3系统功能 6.3.3系统主要技术参数 6.4.1系统概述 6.4.2系统组成 6.4.3系统主要技术指标及功能 3086.5矿井水文监测子系统 6.5.2系统整体结构 6.5.3系统组成与工作原理 6.5.4数据接入方式及格式要求 6.6顶板压力监测子系统 6.6.1监测、分析内容 6.6.2系统实现功能 6.6.3系统接入 6.7束管监测子系统 6.7.1系统概述 6.7.2系统组成与特点 6.8防火灌浆监控系统 6.9其它安全生产监测监控子系统接入 7.1生产技术综合管理系统 7.1.1地测空间管理信息系统 3217.1.2防治水管理信息系统 7.1.3地质保障数据处理系统 7.1.4“一通三防”管理信息系统 7.1.5采矿辅助设计系统 7.1.6矿井供电、固定与运输设备选型设计系统 7.1.7调度指挥系统 7.1.8机电设备管理系统 3547.1.9质量标准化管理系统 7.1.10煤质、运销管理信息系统 7.1.11基于Web生产技术管理信息系统 7.2安全生产管理信息系统 7.2.1安全管理信息系统 3637.2.2安全生产综合管理信息系统 7.2.4矿井应急救援管理系统 3767.2.5矿井安全闭环管理系统 3857.3煤矿井下危险源识别、预测、预警系统 7.3.1水害识别、预测、预警系统 7.3.2通防危险源识别、预测、预警系统 4307.3.3顶板危险源识别、预测、预警系统 7.3.4其他危险源预警 7.4技术资料数字档案馆系统 7.4.1总体方案说明 7.4.2总体方案架构 7.4.3技术设计方案 8.1地质模型、巷道模型和机电设备模型等的建立及可视化 4788.1.1地层与断层建模与三维可视化 8.1.2巷道几何建模及可视化 8.1.3钻孔自动建模及可视化 8.1.4工作面、采空区、积水区、异常区等建模与三维可视化 8.1.5机电设备的建模与三维可视化 8.1.6煤矿管网的建模与三维可视化 8.2.2第三方模型导入 8.2.3场景设置 8.2.4场景匹配 4928.2.5图层控制 8.2.6视图控制 8.2.7对象编辑 4948.3.1三维漫游 8.3.2视频和图片输出 5028.3.3坐标、距离和面积量测 8.3.4属性信息查询 8.3.5通风线路、避灾线路等模拟 8.3.6三维剖切 8.3.7井上下环境监测信息实时显示 8.3.9工业视频数据接入 8.3.11工作面设计 8.4网络三维管理平台(系统) 8.4.1三维综合管理平台 8.4.3监测监控与应急救援 52110.1项目培训目的 10.2项目培训对象 10.3项目培训计划 10.4项目技术培训内容和方式 522 第一章项目概述管理或生产的四级架构(生产矿井、分公司、集团公司、国家行政管理部门),建设成果(硬件、软件)在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的成效。解决上述问题的关键就是基于数字煤矿技术建立集成的矿井综合自动化系自上世纪80年代初以来，随着计算机，特别是微型计算机技术的出现和成结如下：国外矿山软件研究和开发机构大多没有基于其他成熟应用软件平台进行二次开发(如利用AutoCAD、ARC/INFO),而是基于GIS、CAD、三维可视化等技和系统。为此，他们已经解决了相关核心技术问题：(1)满足矿山开采需求的三维可视化平台的数据模型和数据结构。根据这(2)研究并开发了系列化的二维、三维核心数据处理方法，如图形或属性(3)为矿床品位的估算和块段设计研究了先进的数学处理方法，如地质统(4)矿床构模技术水平伴随着信息及计算技术的发展而不断地提升。在数(5)全自动或交互式的快速地下采矿工程设计技术，如参数化设计核心技术。参数化设计可以通过设计参数驱动(或图元驱动)方式在设计或绘图状态下(6)诸如美国科罗拉多矿业大学的AlexandraM.Newman,MarkKuchta(8)报表或台帐表头或结构的自定义技术。Minex,Vulcan、MineMap,MineSoft等非由其他通用软件平台(如AutoCAD、Arc/Info)二次开发而成，都是从底层自进入21世纪，现代高新技术和信息科技为采矿业带来了前所未有的发展机化矿山"、“智慧矿山”等诸多新概念不断涌现。从20世纪90年代开始，芬兰、于有线电视和无线电发射技术相结合的地下通讯系统，可传输多频道的视频信在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山。芬兰在1992年宣布了智能化矿山技术规划，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题；瑞典也制定了向矿主要问题：(1)研究成果以及计算机软件系统大多与非层状露天采矿和设计有关，而与煤矿存在或多或少的差异，所以，相关成果无法在煤矿，特别是地采矿井得到很好的应用。(2)在西方发达国家，煤炭不是他们的主要能源，而且目前开采的都是条件相对简单的矿井，故在煤矿信息化领域没有过多的投入，研究成果有限。(3)对3S技术的集成应用研究较少，而且物联网、决策支持等概念和技术与矿业的联结也是近年才出现的事情，故矿山软件系统并没有或存在实用化的功能模块。(4)虽然国外著名矿业软件公司在中国成立了办事处或代理机构，但除了在我国露天煤矿有少量应用外，在地采煤矿日常生产几乎没有实际应用的案例或报道。量”管理)、采矿信息的数据库管理、多元统计方法在矿山的应用、地学和矿压参数的预测预报、通风网络的解算、矿山的优化设计；利用AutoCAD进行矿图直到上世纪90年代中后期，由于对空间信息的管理缺乏有效手段，煤矿信息化的煤矿地测专业制图系统和基于Maplnfo或AutoCAD等二次开发系统。采矿CAD软件包的体系模型，将采矿CAD划分为物理层、逻辑层和应用层。对矿井最终开发出基于AutoCAD的数字化矿井模型和煤矿生产技术软件包。基于ADS采用原型法在AutoCAD平台上用C语言开发的露天矿采剥计划CAD系统。还除了对采矿GIS/CAD理论研究，还涌现出很多商业化的软件平台产品有：机软件有限公司开发的“采矿工程CAD系统”等。这些商业化自主开发的矿山GIS或者CAD系统具有如下特点：采用VC、VB能，与AutoCAD等软件相比，图形的修改和绘制效率大大提高；引用网络和多逐步向WebGIS发展，实现了图形属性信息查询的专业Web服务；具有地表地此外，从上世纪80年代初开始，原煤炭工业部、各矿业集团、各生产矿井终上所述，党和政府高度重视煤矿的信息化建设，已经取得了阶段性的成果，为项目的实施奠定了坚实的基础，但离数字煤矿以及实现煤矿的完全信息化管理决策还有很远的距离。归纳起来，目前存在的问题如下(见图1-1)。1.对信息化的投入有限，理论研究落后这里包括资金和人才的投入。煤矿信息化已经走过了近30年的历程，但对信息化，特别是对软件开发的投入十分有限，其结果造成其生产方式仍以人海战术为主，信息化程度低，数据处理和管理模式较为落后。井下人少就是安全。此外，在相当长的时间内，主要是对在其他行业已经成熟的计算机辅助设计系统、地理信息系统理论和技术方法以及商业化软件(如AutoCAD)的使用，没有进行理论和技术方法的探索。由于煤矿数据的特殊性，相关理论、技术方法、软件系统在煤矿并没有得到全面和本质的使用，他们并不适合数字和智慧煤矿的需求。2.数据处理的核心技术没有全面的突破煤矿信息属于空间信息的范畴，而且不同矿井开采技术条件有或多或少的差异，技术方法和管理模式也有很大的不同，大量的数据也是通过众多的工程和监测监控系统获取的。此外，煤炭生产还具有企业庞大、设备多、工作环境恶劣，生产、调度和管理环节复杂、信息量大等特点。所以一般的通用软件(如Arc/lnfo、MapGIS、SuperMap等)难以适应安全生产的需求，这就要求开发煤矿专用GIS软件平台，而且该系统必须具备GIS的核心功能(如二维、三维的数据处理功能)。问题1问题1问题2问题3问题4问题5问题7问题8问题9问题10问题11对信息化的投入有限，理论研究落后。数据处理的核心技术没有全面的突破。专业分得太细，没有从本质上进行多学科的联合攻关和应用。重硬件、轻软件。重事务处理、轻决策支持。缺乏与信息化相适应的企业管理制度.对重大危险源的分类模糊。没有建立多专业、多学科集成的重大危险源检测、识别和预警模型。各检测、监测系统及数据管理平台相对独立，信息不能共享。传感器的精度低、使用寿命短.传感网建设和技术攻关滞后，数据获取设备的实时在线功能弱。图1-1煤矿信息化存在的问题井仍以专业为界线(监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等等)分生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结4.重硬件、轻软件7.对重大危险源的分类模糊我国国家标准GB18218-2000对重大危险源的概念定义为：长期地或临时地生产、加工、搬运、使用、或贮存危险物质，且危险物质的数量等于或超过临界量的单元。“安全生产法”第九十六条对重大危险源的定义是：长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且危险物品的数量等于或者超过临界量的单元(包括场所和设施)。安全生产系统的危险状态，其源于系统中客观存在着导致事故发生的各种能量，当能量的安全存在条件遭到破坏时，系统就处于危险状态，并具有较大的事故发生可能性。近年来，伴随着对煤矿事故预防控制的需要，出现了“危险源”、“重大危险源”等概念。但究竟什么是煤矿井下危险源，危险源有哪些种类等问题，到目前为止尚无理论上的确切界定。有必要从本质特征上将危险源加以区分，为安全管理提供正确的理论指导。8.没有建立多专业、多学科集成的重大危险源检测、识别和预警模型目前，我国相关科研院所对煤矿井下重大危险源的检测、辨识、预测和预警做了大量的研究工作，取得了一定的研究成果。但集成的重大危险源辨识、检测和预警模型还没有完全建立，特别是基于多专业或多源信息的检测、辨识、预测和预警模型还没有实质的进展。具体来说就是通过检测、监测设备获取的海量数据缺乏综合性的数据挖掘，主要是基于阈值的报警(如瓦斯)。9.各检测、监测系统及数据管理平台相对独立，信息不能共享对煤矿井下重大危险源的研究已经走过了较长的历程，但目前绝大多数矿井仍以专业为界线(监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等)分别研究、开发、配置软硬件系统，没有统一的信息化数据处理平台和网络平台，对相关事故的分析和研究考虑因素较为单一，造成信息无法共享交流、系统操作复杂、预测预报精度低。实际上，与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征，而且对很多安全生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结果。10.缺乏集成的三维动态数据处理平台目前的系统主要是二维的，表现形式单一，而且与综合自动化、在线检测等系统的集合不紧密。更为关键的，现有的系统动态数据处理功能弱，无法适应煤矿动态生产的需求。上述问题的存在使得我国煤矿安全生产形势没有本质的好转，大量的信息化建设成果(硬件、软件)在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的显著成效，这就需要以新的思维开展新方法、新技术的研究，以集成的数字煤矿矿山架构为目标，突破我国目前煤矿安全生产信息化技术落后的局面，其最终目的是降低煤矿安全生产事故的发生，实现煤矿的现代化、信息化管理。矿山的建设历程主要分为如下几个阶段(参见图1-2):综合综合自动化联动机制单系统自动化数字矿山智能矿山图1-2数字化矿山的发展历程的需要理念的转变，相对来说难度较大，数字化矿山同时也是后续矿山数字化发展的基础，在合适的环节加以有效的决策分析系统，必然能够为领导层提供生产经营管理的决策依据，实现向智能矿山的发展，实现这一阶段的转变需要不断的对决策分析系统进行丰满，完成信息化向知识化的转变。1.3.2数字化矿山建设各阶段关键特征1.单系统自动化阶段关键特征(1)具备可靠和全面的传感和执行机构。(2)具备可编程的控制系统。(3)具有远程监测监控功能。(4)单系统根据条件可以进行系统自动化运行。2.综合自动化阶段关键特征(1)具备高速网络通道。(2)实现各自动化系统的数据融合。(3)具备一定的数据挖掘能力。(4)具备可建模的联动控制策略。3.数字化矿山阶段关键特征(1)综合自动化、管理信息化、空间数字化三化数据融合；(2)在多维空间矿山实体的基础上动态嵌入与矿山安全、生产、经营相关的所有信息如环境参数、机电设备运行状态、人员、产量、业务管理信息等，并找出这些信息内在的联系，赋予数字化矿山更丰富的含义。(3)具备基于GIS的二维、三维或多维展示平台。4.智能矿山阶段关键特征(1)在数字化矿山的基础上，运用人工智能技术、数据挖掘技术，将煤矿行业内各专业的专家思想及专业解决方案编制成若干可重复运行、决策指挥的决策分析系统，能为安全生产经营提供决策依据；数字化矿山由数字地球的定义延伸而来，即在矿山范围内以三维坐标信息及其相互关系为基础组成信息框架，并在该框架内嵌入所获得的静态和动态信息及并对进行分析、操作和决策。集团数字化矿山的定义如下：存储、检索、查询、动态修正与专业空间分析，并实现多源信息的多方式(1)交通位置(2)自然地理(4)煤层及煤质XX煤矿各个系统主要设计与建设情况参见表1-1、表1-2、表1-3、表1-4。1.5数字化矿山工程建设的目标和原则1.5.1数字化矿山建设总体目标通过数字化矿山建设实现矿山资源与开采环境数字化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。数字化矿山工程建设是以矿山采掘系统的完整过程和具体需求为基础，以地理空间为参考系，以煤矿综合自动化技术、在线数据检测技术、计算机技术、3S技术、网络技术和采矿专用技术为支撑，建立起系列化的数据采集、传输、分析、输出和决策支持模型以及软硬件系统，实现采矿过程的信息化管理，大大降低安全生产事故的发生。数字化矿山包含三个层次：一个层次是将“数字化矿山”中的固有信息(即与空间位置直接有关的固定信息，如地面地形，井下地质、开采方案、已完成的井下工程等)数字化，按三维坐标组织起来一个“数字化矿山”,全面、详尽地刻画矿山及矿体；另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息(即空间位置间接有关的相对变动的信息，如地测、水文、储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等)组成一个意义更加广泛的、多维的“数字化矿山”。最后一个层次是数据的综合分析和决策支持。1.5.2数字化矿山建设具体目标1.加强底层设备自动化的建设XX煤矿“数字化矿山”的建设采用技术领先、标准统一的千兆工业以太网网络结构，集成全矿各个生产安全子系统的实时监控数据，完成生产系统的远程集中监控，通过数据分析、数据整合，保证数据同企业管理决策信息系统无缝的连接，保证整个综合自动化系统数据的有效性、一致性，实现不同业务和系统间能够实时的交换和数据共享。2.加强井下感知物联网和数据中心建设提高底层监测设备和传感器的可靠性，加大无线物联网传感器的应用，感知矿井各个地域的环境参数，实现设备的智能化在线检测。通过工业以太网、安全监测监控等采集的数据，根据信息化的标准要求，实现统一标准、统一存储、统一管理，实现最大程度的数据共享。3.加强煤矿安全生产技术综合管理系统建设建设基于(2D+3D)地理信息系统的生产技术管理系统。数字化矿山是一个典型的多部门、多专业、多层次管理的煤矿空间信息共享与Web协作应用平台。煤矿空间数据应用涉及到地质测量、一通三防、生产调度、生产技术、矿井安全、安全监察、质量标准化和机电设备等专业数据的输入、计算、统计、分析和输出等多个生产专业部门环节上的信息，涉及面广，更新快，由大量的图形、图像、属性数据以及元数据构成。统一建设的地理信息系统平台能够实现多部门、多专业、多层次的数据共享。4.加强重大危险源预测预警和决策支持系统建设由于XX煤矿地质构造复杂，危险源较多，应运用GIS技术、物联网技术、5.加强高精度三维透明化地质模型和三维可1.5.3数字化矿山建设的预期效果XX煤矿数字化矿山，系统建设完成后，能够为煤矿安全生产管理带来的预期效果：(1)安全管理由事先预防向事先预控发展。(2)生产系统由自动化向智能化发展，最终实现少人(无人化)作业。(3)各监测系统由单一工作向协同工作发展。(4)综合管理数据输入发展为全部数据系统自动生成。(5)由监测监控功能向辅助分析管理功能发展。(6)调度监控由菜单式提取升级为区域立体展示，由故障(事故)被动跟踪向主动报警提示发展。(7)矿井各系统由二维模拟发展为虚拟矿井三维综合管理系统展示和控制功能。1.5.4数字化矿山建设指导思想根据党的十七届五中全会精神和“十二五”发展规划的要求，集团深入贯彻落实科学发展观，着力构建新一代信息基础设施，增强信息化发展的支撑能力；着力推动信息化与新型工业化深度融合，构建现代“两化”产业体系。1.技术领先采用国内一流和世界先进的技术和装备，实施科学开采，努力提高矿井的信息化和自动化水平，降低劳动强度、改善工作条件、减少井下人员。利用云计算、物联网、高精度透明化三维地质模型等前沿技术，实现动态生产数据的实时处理，研究重大危险源预测预警技术，对整个采矿过程的数字化和智能化。煤炭的开采工艺上，集团利用技术领先的“数字化矿山”三维可视系统，通过模拟采煤演示和组织专家论证，确定采用适合于矿区煤层特点的最佳开采工艺和技术；在矿井的生产和建设中，集团应突出技术创新，不断地研究和推广“数字化矿山”的领先技术，促进煤矿建设与安全生产各项技术的进步。2.管理现代利用现代化管理手段，借助“数字化矿山”的各类信息，应用“数字化矿山”系统，提高煤矿管理工作的效率，在尽力确保安全的基础上，提高职工的健康水平和素养。要加强对各级管理人员的技术培训，不断提高他们的现代化管理的理念和素质。使煤矿的现代化管理上一个新的台阶。实现三个统一，实现数据的高度共享和业务流程的协同工作：统一传输、统一存储、统一GIS数据处理平台。3.环保低碳低碳运行是现代化矿井的发展方向，煤矿要实施绿色开采，勇于承担社会责任，做到资源节约、环境友好，实现矿产资源开发与环境协调发展。要将“低碳”作为生态矿山建设一项全方位、长时效的系统工程，有计划地分步实施；要加强示范工程的建设和突出创新。4.和谐一流“数字化矿山”建设以人为本，融合良好的企业文化，促使矿山和谐全面发展。“数字化矿山”的各项经济技术指标应达到国内一流水平，某些指标应该是国际领先水平。1.5.5数字化矿山建设原则建设按照“总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先”的总体原则进行。因此数字化矿山建设遵循以下设计原则：1.业务驱动，标准先行原则建设XX煤矿数字化矿山要以业务需求为导向，结合实际，以解决安全生产管理的瓶颈问题为切入点，不追求华而不实。要在统一的建设标准指导下进行，要充分整合现有信息资源，在保护投资的前提下，规范建设，逐步提升信息化应用效益。通过标准化建设，实现系统间的集成，达到信息共享的目的。2.实用性原则建设将以满足现行需求为基础，在节省投资的同时，充分考虑发展的需要来确定系统规模。在系统功能方面，确保系统的有效性和实用性，选择合适的技术和产品，使整个系统达到最佳的性价比。界面应易学易用，傻瓜式操作。3.先进性原则在满足系统平台整体性的前提下，其整体技术水平处于国内领先水平，在5至10年内不落后或不被淘汰。先进性不仅反映对提高矿井安全生产管理与提高企业生产效率方面，还体现了企业的管理水平和企业形象。4.成熟性原则要求整个系统平台具有成熟的功能和技术，并且有现场实际应用的成功案例，以保证系统平台运行、使用的稳定性和可靠性。如果相当部分需要开发研究，系统应该能提供网络层上的安全手段防止非控制网授权用户访问以及操作用相关设备必须要符合煤矿安全规程的要求，达到本质安全或防爆安全要求；通用型网络和软件必须配备完善的安全保密措施，以保证系统安全稳定地运行，必要时可以牺牲一定的带宽或速度来保证安全性。第二章数字化矿山建设设计依据与范围●《中国国内电话网No.7信号方式技术规范(暂行规定)》及补充规范●国际标准化组织(ISO)●国际电工委员会(IEC)●集团煤矿数字化建设现状报告●其他国际、国家、行业、企业的相关现行标准2.从系统建设的角度(1)煤矿生产综合自动化系统：根据管控一体化思想，结合工业自动化技XX煤矿综合自动化系统主要内容包括：●矿井综采面监控子系统。●主煤流运输集控系统。●井下排水自动控制系统。●矿井通风机监测系统。●矿井压风机监控系统。●矿井井下水处理系统。●生活水、污水处理监测系统。●水源井水处理系统。●锅炉房监控系统。●主副立井提升机监控系统。●副立风井绞车监控系统。●电力监测监控系统。●瓦斯抽放监测系统。●洗煤厂监控系统。●钢丝绳在线检测系统。●防火灌浆站监测系统。●其他子系统接入。(2)煤矿安全监测监控信息系统：基于网络平台实现所有监测量及其状态XX煤矿安全监测监控系统主要内容包括：●安全环境监测子系统。●井下人员定位管理子系统。●矿压在线监测子系统。●水文监测子系统。●煤层自燃(束管)监测子系统。(3)煤矿安全和生产技术综合管理信息系统：系统是在网络环境下基于统一的地理信息系统平台(含2DGIS、WebGIS、三维可视化系统)集地测、生产、煤矿安全和生产技术综合管理信息系统是采用计算机网络技术、数据库技术、计算机图形学、组件技术及GIS技术等，建设矿山统一的空间数据采集、存储、输出、查询与分析平台，构建服务于生产技术人员的地测、通风、安全、生产技术、调度、机电、运输等专业应用系统平台，在公司网络环境的基础上搭建面向公司管理决策层的WEB服务决策平台，实现多部门多层次井上下数据共享和决策分析，从而进一步提高矿山安全生产管理能力、进一步提升矿山技术水平，为安全生产决策提供技术保障，最终实现集团自下而上的安全生产信息采集，自上而下的安全生产管理调度指挥，基于信息化和管理现代化的本质安全型“数字化矿山”的建设。2.3数字化矿山建设与集团信息化的关系系统将以集团信息化总体要求为指导为大纲，为集团信息化建设提供基础数据，完成集团数字化矿山的设计、开发和建设实施。3.1数字化矿山系统架构数字化矿山需要统一的数据传输网络、统一的数据仓库、统一的2DGIS和三维管理及组态平台、统一的管理平台。数字化矿山总体构架自下而上由六层组成，他们分别是：数据采集与执行层、数据传输层、数据存储层、控制层、管理决策层、表现层。集团数字化矿山的系统架构参见图3-1所示。信息与数据展示生产孩术粽业管理福性我术督科教字扫家留峰评三雎婴台管理系既a度喉建候名续安全生产控制平台分控中心众千兆工业以太环网企业网传维窝S人峡风统的网络传输统的管理平台三管理及组态软件轴助面南渐原煤生产分控中心面测生7川方机电二下测私嘻体元数据库平台的二海线通风据化库统的褐E图3-1数字化矿山总体架构从数字化矿山建设的基础层面，需要实现四个统一：1.统一的2DGIS、三维管理和组态软件平台采用统一的GIS、三维可视化或虚拟矿井平台；对综合自动化系统，采用统一的除了瓦斯监测系统外(目前国家规定必须是专网),井上下企业管理、综合(1)安全生产运营管理平台(2)安全生产执行控制平台按专业面向使用部门对相关关联系统实现远程集中控制。3.1.2数字化矿山的六层架构1.数据采集与执行层本层主要设备既是数据的采集者，也是决策执行信息的执行者，他包括三个层次的内容：(1)安全生产井上下动态实时在线信息的采集。这里主要包括生产环境在线检测系统(如水、火、瓦斯、顶板、人员定位等)、综合自动化系统(如综采工作面控制系统、胶带机集控系统等)、其他生产指挥信息采集系统(井下工业电视系统等)。(2)生产技术和运营管理数据的采集。这里主要包括非实时的生产数据，如钻孔、地震、机电设备、通风阻力测定成果等等；运营管理的数据，如财务管理、运销管理、人力资源管理等。(3)执行控制层或管理决策层信息。通过管理决策层的分析、处理，其结果通过控制层、传输层达到执行层，完成对设备的控制、矿体的空间形态和属性的动态修正。2.数据传输层由工业以太网和企业管理网构成；是一个由有线和无线组成的全覆盖网络。3.数据存储层构建包括从数据采集、传输、存储、分析、反馈、发布全过程的元数据标准和元数据库；构建数字化矿山编码体系和标准；完成安全生产分析和决策支持的知识库和模型库(如“水、火、瓦斯、顶板”决策支持模型库)的组织和管理；完成在线检测、综合自动化、生产技术、经营信息的存储和管理。为此，需要建立矿用监控数据中心、矿用空间数据中心、矿用管理数据中心。4.系统控制层包括对设备、矿体等的控制或动态修正。下面对部分内容进行阐述。(1)原煤生产分控中心。实现对原煤系统，包括采掘工作面系统、井底配仓、综采运输顺槽、采区大巷运输、一水平东翼运输胶带、主斜井皮带等系列原煤生产流程相关的子系统集中远程控制；可独立设置控制室。(2)电力系统分控中心。实现对地面变电所、副井变电所，井下中央变电所、采区变电所等矿井动力相关的系统集中远程控制；独立设置控制室。(3)机电分控中心。实现对井下主排水、矿井水处理、生活污水处理等与水处理有关的系统控制，实现对压风机监控系统、热交换站控制系统、副井提升监控系统等与机电有关的各类控制系统，可独立设置控制室。(4)通风分控中心。实现对主扇通风控制系统、人员定位系统、安全监控系统、火灾束管监测系统、顶板压力安全监测系统、矿灯房信息管理系统等与通风管理相关的系统集中控制和监测，除安全监控系统规程要求必须有独立监控室外，其他集控可在调度中心实现远程集中控制和监测。(5)辅助监测中心。实现对架空人车监控系统、计量称重系统、井下车辆监控系统、机房环境监测系统、机房门禁系统、工业电视系统等各类辅助监测系统的集中监测和控制。(6)地测动态修正。执行对采掘工程平面图或三维图形的动态更新操作；根据最新的掘进、回采、物探、补探等信息，执行对三维高精度透明化地质模型进行动态修正的操作。5.管理决策层包括四部分内容，即运营管理信息系统、生产技术综合管理系统、三维综合管理系统、决策支持系统。(1)运营管理信息系统。基于企业管理网络平台和数据仓库，实现对产、供、销、人、财、物等办公自动化的网络化管理。(2)生产技术综合管理系统。实现对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中地质、测量、水文、储量、“一通三防”、采矿辅助设计、机电设计、设备选型等的完全信息化、网络化管理。(3)三维综合管理系统。基于三维GIS或三维可视化系统或虚拟矿井平台，实现数字化矿山主要管控过程的可视化展示、分析和操作。(4)安全管理和决策支持系统。基于在线检测系统、综合自动化系统、知识库和模型库等，完成对危险源(水、火、瓦斯、顶板等)、作业环境、地质构造、设备故障等的动态分析和预测。6.表现层通过网络、固定或移动设备对煤矿多媒体信息进行发布和展示。XX煤矿数字化矿山系统是一个复杂的巨系统，不仅涉及先进的地理信息系能实现XX煤矿的现代化建设，并为集团打造一个高科技的示范矿井，为全集团着时间推移，确定性信息不断加入使得空间对象由灰色状态不断向白色状态转目前国内外广泛使用的地理信息系统都可划分为白色或者是接近白色的地理信要的科学研究价值。本文针对GGIS理论和技术中存在的概念、特点和研究体系根据对获取空间研究对象信息的多少，我们可以把相应的GIS分为三图3-2与GIS分类有关的示意图者是半透明的，通过边界可以得到部分内部信息(图3-2(b));也可以认为在边界上有窗口存在，通过这些窗口可以获取边界内局部范围内的所有信息(图有信息(图3-2(d))。件下的地形控制测量等),但这些信息量已满足实际应用的需求。近年来，相关学者提出了多维动态GIS的概念并作了大量的研究，取得了丰理信息系统的理论和技术方法。由于矿山地质体或矿体(如煤层)数据具有如下几方面的特点，因而，传统GIS难以在地质和煤矿开采领域得到广泛的应用推广：(1)除非发生大的构造运动或其它地质事件，我们可以认为在对矿体勘测和开采这个有限的时间段内其空间形态等参数是不会发生变化的。但由于在不同的时间段控制地质体的测量或真实数据有多寡之分，所以，人们对地质体形态等参数精确度的认知是不断变化的。(2)钻孔、野外地质调查、地面采矿工程、井下的掘进巷道和回采工作面是获取地质体控制数据的主要手段。所以，在某一时刻，通过这些有限工程获取的数据反映出的地质体并不能反映三维空间中的真实地质体，而只是一种近似的(3)随着地质或采矿工作的不断深入，与地质体有关的控制数据(如钻孔或物探数据)不断增加，即对地质体的控制越来越精确，对地质体的表达和管理伴随着一个由灰变白的过程。(4)在任一时刻，只有对诸如钻孔、掘进巷道等新老数据进行综合的分析和研究，才能得到阶段性的分析结果，并动态地修改相关全，图形内容和分析结果或多或少具有推断和假设的成分，甚至部分内容是错误的。这就需要进一步的施工、调查和测量，以获取更多的控制数据。(5)只有完全揭露地质体(如露天开采中剥离盖层，地下开采中的完全回采),人们才能获取地质体的所有真实数据，此时，相应的GIS才是一个白色的根据矿山地测数据的上述特点，我们认为应用于地表以下的空间管理信息系统是一个灰色的系统，即为灰色地理信息系统(GreyGeographicalInformationSystem简称GGIS)。GGIS处理的部分空间对象在三维空间中客观存在，但因探测手段的限制，无法一次性得到满足应用要求或控制该空间对象的所有实际数他们所处理的所有空间对象的动态变化主要是指同一空间对象形态等参数的变或表现形式的变化，如图3-3(a)中随着勘探工作的深入其煤层图形发生了变化，或图3-3(b)中完全是由于人认知的变化产生的煤层图形发生的变化。当 图3-3煤层变化示意图3.2.3灰色地理信息系统的定义及特征灰色地理信息系统的定义：指现实世界中相关控制数据已知或满足应用需求，以及那些真实存在而且其空间形态等参数不会发生变化，但由于控制数据或认知的缺陷造成并不完全已知的各类空间实体的空间数据以及描述这些空间数显示、动态修正、综合分析和应用的技术系统。GGIS数据处理的前提是在某一认知状态下控制部分空间对象的数据的精确度存在问题，它的最大特点就是数据处理过程具有“去伪存真”的功能，不仅点、线、面、体之间在不同认知状态具有内在的联系，而且随着数据的增加或认知状态的变化，相关空间实体对象的表现形式，如图形将更加精确，它们与真实地质数据和其它特征数据之间具有自适应的特征。所以，灰色地理信息系统带有一般控制系统自适应和动态修正的特征(见图3-4),这也是灰色地理信息系统与白色或传统地理信息系统最大的区别。图3-4GGIS自适应功能示意图GGIS的部分空间对象具有以下两个重要特征：(1)具有“少信息”所产生的灰色不确定性。在实际工作中，往往只能获取局部精确数据，难以采集足够的样本数据以解决许多不确定性问题。“少信息”对研究对象进行近似和模拟，强调模拟和推断是否准确。这与传统GIS对数据质量、数据不确定性的研究是完全不同的。(2)系统能够根据最新的真实或已知数据自适应地动态修改已有的模型和图形，使之尽可能反映地质体在空间的真实状态；新数据的不断加入，使得整个数据处理过程是一个由灰变白的过程。从以上内容可以看出，灰色地理信息系统需要专门的数据模型、数据结构和相关算法，以描述并处理灰色空间对象随着时间和数据的增加由灰到白的动态变灰色地理信息系统具有如下特点：(1)控制空间实体的数据是不完全的，它们只是控制空间实体所有数据的一部分，无法精确描述空间实体的真实状态。(2)在获取空间实体数据的任一时刻，真实的空间数据及其属性为新老原始数据的并集。(3)在任一时刻，部分图形实体(点、线、面、体)的数据是推断的，并非实际控制数据，故这些数据完全可能是错误的。(4)系统能够根据最新的数据自适应地动态修改已有的模型和图形，使之尽可能反映地质体在空间的真实状态。(5)随着空间数据的增多，系统所表达的空间实体将更加精确，即空间实体的状态(包括形态等参数)将更加接近于它在自然界中的真实状态。从严格意义上讲，灰是绝对的，白是相对的，GGIS的概念涵盖了白色或近白色的GIS系统的概念。灰色地理信息的构建和应用过程，就是一个去伪存真的过程。灰色地理信息系统就是智能地理信息系统。GeographicInformationSystem简称2D-GGIS)、三维灰色地理信息系统 内在区别，相应地提出了全要素的结构化不规则三角网(TIN)或直三棱柱体 构建矿井三维空间模型的原因主要有如下几点：(1)它们能够精确地(相对的)表达煤矿空间实体中普遍存在的诸如断层，特别是逆断层等突变信息，如图3-5(a)、图3-5(b)。(2)能够表达背斜、向斜轴线，储量块段边界等特征线，见图3-5(c)。1.一个规定只是顶底层面不平行而已。也就是说，ARTP穿过所有地层时与地层面的三角形在水平面的投影是完全重合的，见图3-2.两个概念(1)全要素的含义如下：三顶点及其编号、三边及其相邻三角形的编区域)与系统中点、线、面状目标间的关系标识。见图3-6(b)。对于ARTPN:记录似直三棱柱三侧面相邻似直三棱柱的编号，似直三棱柱(2)结构化有两个方面的含义：似直三棱柱个体间的相关关系；规定记录顺序，以隐含点、边、三角形、似直三棱柱个体间的关系，达到节省存储空间的目的。图3-7给出了全要素的结构化TIN与2D-GGIS一体化的数据模型。从图3-6中可以看出，模型将空间数据类型抽象为点状目标、线状目标、面状目标，这三类图形目标又通过特殊点，结点，一般线段，弧以及多边形加以表达。值得注意的是，为了表达钻孔、矿井实测点等地层实际控制点，这里增加了一原始数据类型“特殊点”。“特殊点”不仅有空间几何位置息。另外，“特殊点”也可以表达那些完全孤立的点，如注记分隔线的端点。“一般线段”指那些无需建立拓扑关系的线状图形目标，如勘探线、注记间的分隔线等。巨状目标巨状目标纺状目标面状目标起点特殊巨不若边相邻姚点图3-7TIN与2D-GGIS一体化的数据模型不规则三角网与2D-GGIS之间存在着部分或包含的关系，实际上也是通过这种关系实现一体化的。由于TIN是以2D-GGIS系统的矢量图形为基础生成的。所以，单个三角形顶点、边、三角形本身包含的空间区域可能是2D-GGIS系统和2D-GGIS的自适应动态修改关系础上将形成2D-GGIS的新的点状、线状、面状图形目标，这样，就将达到系统据模型和结构，即基于八叉树和四面体(TEN)的数据模型和数据结构。采用八ARTPN与3D-GGIS一体化的思想表明的是一种单一模型和结构，相应的ARTP是如图3-8(a)所示的相对规则的似直三棱柱，而且整个研究区域是由这些紧密相邻的似直三棱柱组成的无缝的结合体(见图2-7)。在图2-7中，地层1高。显然，似直三棱柱的引入，使得3D-GGIS具有如下优点：图3-8无缝的ARTPN结合示意图(1)继承了TIN与2D-GGIS系统的动态修改和自适应功能。(2)可以充分发挥ARTPN的空间分析和计算功能。(3)可以精确地表达任意复杂程度的空间实体。一般线段x,y,z起点终点部分部分相邻三角形边重新生成相邻三棱柱具有空间顺序的三角形序列左边三角形顶点追加或修改多边形三棱柱等于右体边结弧点GGIS是技术系统，是研究者用来分析和解决实际地学问题的工具。与传统应用中逐渐发展起来的技术，强调面向领域的专业功能，在某如图3-10所示。空间关系图形绘制地质变量的专业空间分析空间关系图形绘制三维技术数据输入原始数据自动图3-10灰色地理信息系统的功能特点示意图行预处理，再数字化到GIS中；或者将已经编辑好的数字化图形如CAD制峒室，自动生成图框。剖面图绘制工作能够很快完成。参见图3-11。图3-11勘探线剖面图的自动生成灰色空间数据具有空间拓扑性。拓扑关系层次多、规律性差、关系复杂。GGIS在数据处理过程中，能够做到点、线、面拓扑关系的自动生成。例如三维生成拓扑关系以区别在交叉点处是否相交。图3-12给出了系统建立的巷道立体与传统GIS相比GGIS很多专业分析功能，这些功能是根据专业需求，针对数据的分析和操作。主要有以下三点：(2)自动建立TIN和层状地质体三维模型。与其他GIS相比，GGIS提供了能够表达地形特征点等。GGIS自动生成TIN,不仅能够表达地质特征点和线(如背向斜轴，储量块段边界、区域边界等),最重要的是够处理地质变量的突变信息(如断层，特别是逆断层),能够方便地进行地质变量的分析和计算。GGIS还(3)储量计算和资源评价GGIS能够根据三维地质模型自动计算矿体体积和储量。为了研究对当前矿应用都有不足之处。二维与三维的结合能够发挥两者的长处。在3DGGIS中强调回2DGGIS中，在2DGGIS输出满足工程应用的实际要求、输出符合规范的图形与传统GIS不同的是，GGIS的数据从发展趋势上看，GGIS作为研究灰色空间数据的专业(1)研究对象带有灰色特征信息，即信息部分已知部分未知。(2)研究对象是小样本数据。(3)研究方法强调信息优化，新信息不断加入使得研究对象越来越清晰。高精度透明化三维动态地质模型的构建包括三个方面的内(1)通过物探技术得到的高分辨率数据。(2)通过对数据的处理和推断，建立由较小或很小基本地质单元组成的，(3)根据最新获取的生产数据快速对已有模型进行动态修正，以反映地质解决TIN和ARTPN的自动生成。自动生成TIN是构造ARTPN的基础。本节叙述的正负区判别模型将为TIN以Delaunay剖分准则为基础的现有三角剖分算法不适合构建复杂地质体单，边界形状较为规则(以凸形为主)。扑关系，再利用与制图原始边界有关的正负区判别准则，就可以彻底地解决复杂地质体TIN建立过程中遇到的各种问题。这就是我们提出的基于制图边界拓扑结构的正负区判别剖分模型。图3-13代表了建立矿山TIN时可能遇到的所有情况，其中包括正断层(F9)、逆断层(F8)、正断层与正断层的切割(F5与F6),正断层与逆断层的切割(F1与F2),逆断层与逆断层切割(F3与F4),冲刷带，风氧化带以及不同封闭块段之间的紧密相邻和松散相邻。图3-13复杂地质体边界形态示意图ARTPN的自动生成算法以自动生成TIN模型的算法为基础，结合下面介绍的两条主要准则，就可以构造出ARTPN。假设研究区域地质实体的层面数(包括地层面、断层面等)为mm,任一层面STRA(i)(ii=1,2,…,mm)的实际数据控制点数为NN(ii),那么,参与任一地层TIN自动生成的数据点数为所有地质实体实际控制点数的并集，即，联网的数据准则2:对于任一地质实体层面STRA(i)(ii=1,2,只是那些位于地质体边界内(包括边界)的TOTAL中的数据点。以图3-14说明即为：断层面HIJK位于地层1、2之间，参与联网的数据点只标高进行处理(包括对已知点的赋值和未知点的插值),就可以生成具有三维空如果空间变量(如瓦斯含量、煤质等)在两个地层面之间发生变化，即一个在ARTP体元内部变化的方法有两种：图3-14ARTPN的自动生成算法示意图21、变量只在z轴方向发生变化(如图3-15(a)所示),对于这种情况，相关的处理方法为：(1)计算ARTP在z轴方向的长度h。(2)根据变量的变化情况和h值，在z轴方向对ARTP体元进行等分，等分面平行于x轴和V轴组成的平面。(3)继续以上的步骤，直至两个等分面之间空间对象的属性值均一或满足2、变量在空间的变化无规律(图3-15(b)),对于这种情况，相关的处理方法为：(1)在z轴方向上对ARTP进行等分(方法与图3-15(a)相同)。(2)计算ARTP顶底三角形三边的中点，连接三中点形成新的三角形，顶底新三角形三边相连形成新的ARTP,此时，一个三角形变为四个三角形，一个ARTP变成多个ARTP。(3)利用上面介绍的算法继续对ARTP进行细分，直至经纵横分割形成的斜梯形等(图3-16)。巷道中心线是巷道底板的轴线。应该在ARTP体元剖分的过程中，将地层和巷点的坐标X、坐标Y、巷高、左帮、右帮、断面形态、方位和仰俯角等。但在实际工作中，这些参数数据并不是全部都需要直接获取(例如，坐标X、坐标Y除起算点输入外其余均为计算所得),而是可以通过基本的导线测量等手段在井下图3-16主要巷道断面形态示意图图3-17局部巷道的形态控制点实体，我们只需要根据ARTP的拓扑关系表达其边界即可。地层模型是地质体三维可视化、煤矿企业利用GIS技术进行安全管理的基有如下特点：(1)现有的地质模型大多基于钻孔或煤层底板等高线图生成，等高线间距较大，因此建立的基本单元(如三角形)的尺度大，精细程度差，无法实现相关(2)巷道数据和煤层底板数据是动态变化的。随着开采的进行，巷道和回(3)对煤层底板等高线的修改都是局部的，但计算机自动追踪和生成煤层底板等高线是基于整个地质模型的。如果地质模型的基本单元(本项目是指三角形面片)尺寸过大，即模型不是十分精细，那么自远或很远的等高线就可能偏离生成地质模型之前的等高线位置，如图3-18(a)和图3-18(b)所示，这显然是不合适的。因为生成地质模型之前的等高线是通过地质专业技术人员确认的，储量块段边界等界线与它密切相关，如果它们经过模型动态编辑后，重新自动追踪等值线后，位置发生变化，那么储量值等参数也会发生变化，这对日常生产的管理是十分不利的。(a)原始底板等高线图(b)修改后重新追踪生成的底板等高线图图3-18动态编辑后重新追踪等值线发生整体变化如果建立高精度的地层模型，使基本单元的几何尺寸较小或很小，那么等值线追踪出的数据序列点间距就很小，曲线光滑后就可以保证使用精度；同时研究模型动态编辑和局部更新的功能，保证局部更改和平面图更新不会使未被修改影响到的区域的等值线被改变。所以，建立这样的精细地层模型是非常必要的。根据上面介绍的煤矿地质体建模方法，我们选用TIN模型作为建立地质模型的基础。因此，我们研究了如何建立高精度精TIN模型，并提出了三个方法，即等高线加密后建立地层TIN模型；对原地层TIN模型进行局部或整体细分后重构地层TIN模型；已知数据点加入原地层TIN模型后重构地层TIN模型。另外，对高精度地层模型的研究还包括三维精细地层模型动态编辑和平面等值线图联动局部更新的关键技术。其技术路线如图3-19所示。-否—-否—是否达到精型—否—动态编辑数据等细程度过渡TIN模型细程度图3-19建立精细地层模型技术路线较大，如25米，这样建立起来的模型比较粗糙。如果能得到间距更小的煤层地层底板等高线并生成地层模型的方法。该方法步骤如下：(1)首先打开某一煤层底板等高线图(如图3-20所示),当前等值线间距为25米。根据该等高线图，生成过渡三角网模型(如图3-21所示)。(2)根据生成的过渡三角网模型，使用算法生成间距更小的等值线，如5米，将等值线加密为间距5米(如图3-22所示)。(3)重复执行步骤1中生成三角网操作，即可生成相对精密的三维地层模型数据(如图3-23所示)。图3-20间距25米煤层底板等高线图图3-21间距25米煤层底板等高线图三角网生成同同吐s图3-22间距5米煤层底板等高线图图3-23间距5米煤层底板等高线图三角网生成由于三角形的顶点大多属于原始数据点或等值线特征点(如拐点),所以对于据点相连，就可以形成新的三角形，常用的细分方法见图理，因此会影响细分效率；而图3-24(d)所示的方法虽然在三角形的各条边上没有增加新的结点不会影响其邻边的三角形，但是新生成的三角形都是钝角三角图3-24三角形加密示意图在新的TIN模型中，细分数据点的特征值是未知的，需要进行插值处理。空间插值方法可以分为整体插值和局部插值方法两类。整体插值方法用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合；局部插值方法是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值。整体插值方法通常不直接用于空间插值，而是用来检测不同于总趋势的最大偏离部分，在去除了宏观地物特征后，可用剩余残差来进行局部插值。由于整体插值方法将短尺度的、局部的变化看作随机的和非结构的噪声，从而丢失了这一部分信息。局部插值方法恰好能弥补整体插值方法的缺陷，可用于局部异常值，而且不受插值表面上其它点的内插值影响。因此，我们采用局部插值法对细分数据点特征值插值。加入新数据局部重构地层模型随着对地质体认识的不断深入，控制地质体的数据越来越多，地质体的形态和相关变量将发生或多或少的变化，诸如断层等构造的位置、延伸方向等，这就需要对TIN进行动态编辑，包括对数据点实体的修改，即增加、删除、平移，和对线实体的编辑，这实际上是向模型里加入了新数据。模型中的一些要素被编辑以后，必然会影响到其附近的要素，但是从全局上来看，有没有必要对整个模型进行重构，因此还要处理这些修改对三角网局部造成的影响。我们研究了三角网的局部动态编辑方法。三角网原始数据点实体修改方式包括：(1)插入新点，采用Watson的空外接圆算法实现，或将新点所在三角形(2)删除节点，如图3-25,将以删除节点为顶点的三角形形成一个简单多取以删除点P为顶点的所有三角形集合T={T1,T2,…,Tm},并获取顶点集DV={V1,V2,,…;Vm};②使用三角网生成算法对DV进行三角网剖分。图3-25删除节点(3)平移结点，在TIN中平移一点，可转换为点的删除与插入操作。(4)根据相邻层TIN的变化调整当前层的TIN模型。这一点主要是针对层为稳定的。所以，可以利用相邻层形态的变化，动态调整当前层的形态。在图3-26中，因钻孔数据P1的加入，地层A的形态发生变化，而钻孔又没有穿过地层B,所以B的形态只有根据A形态的变化和层间距加以修改。由于本文采用地层A中加入P1点后，地层B中必然增加一点P2。因P2点的高程值可以通过层间距推断出来，所以，待得到P2点的高程值后，B地层TIN的动态修改问题就转化为同一地质体TIN的修改，即与上一点的算法完全相同。图3-26相邻地层TIN修改变化示意图根据修改点及其周边的原始数据，修改周围那些并非原始数据点的三角形顶点，采用曲面样条函数算法来对那些非原始数据点重新插值。程如图3-27所示。动态编辑模型响的对象集合是否足够图3-27模型动态编辑与重构流程图局部更新二维等值线图当地层模型加入新数据或者被编辑以后，相应的等值线图也应该得到更新，以反映最新的地层信息。对煤层底板等高线的修改都是局部的，但计算机自动追踪和生成煤层底板等高线是基于整个地质模型的。如果地质模型的三角形面片尺寸过大，模型不是十分精细，那么自动追踪出的离当前修正区域较远或很远的等高线就可能偏离生成地质模型之前的等高线位置，这显然是不合适的。因为生成地质模型之前的等高线是通过地质专业技术人员确认的，储量块段边界等界线与它密切相关，如果它们经过模型动态编辑后，重新自动追踪等值线后，位置发生变化，那么储量值等参数也会发生变化，这对日常生产的管理是十分不利的。在淮南矿业集团掘进巷道地测预警系统研究课题中就明确提出要实现煤层底板等高线图等地测图件的自动生成与处理。研究发现如果TIN模型中的三角形面片足够小，形成了足够致密的三角网，那么再自动生成等高线时，当前修正的更新区域的等值线会发生变化，但是离该区域较远的等值线将不会发生变化，我们称之为局部更新等值线图。因此用本文所研究的精细地层模型生成等值线图以后，即使对地层模型在进行了修改，重新自动追踪的等值线图变化是局部的，能够解决局部更新等值线图的这个问题，这也是精细地层模型主要解决的问题。基于精细地层模型，我们自动生成等值线图、动态编辑精细地层模型和编辑后局部更新等值线图的流程如图3-28所示，同时，为了更好地反映局部修改的效果，我们还记录了更新区域的边界。图3-28基于精细地层模型局部更新等值线流程图基于模型的平剖面动态修正在利用计算机管理图纸之前，图纸的绘制、修改、管理都要手工完成，由于平剖面的相互对应关系，在修改平面图后必须修改剖面图，修改剖面图后必须修改平面图，始终满足平剖一致的原则。这就需要设计人员在平、剖面图之间反复测量、修改、协调各种地质线(如煤层线、断层线等),工作量十分庞大，且由于手工制图的误差导致平剖面图很难同步修改、保持一致。利用计算机取代手工修图，完全取代是不现实的，也是不可取的，因为地质条件异常复杂、情况多变，并且计算机修图以编程判断为基础，判断过于武断、没有人工经验可循，而在实践设计中，技术人员推测地质构造的经验往往是最关键的。所以，修图过程不应当将人和计算机完全决裂开来，而应当两者相辅相成，结合在一起。比如以计算机修图为主、人工决策为辅；或者在计算机修图之后，技术人员对修改得不合理、违反常规的地方加以调整，并反映到相应的平、剖面中。高精度地质模型的建立，保证了平、剖面图之间的同步与一致。由于模型的建立是以平面图纸为基础的创建的，而剖面图通过对模型的操作获取，因为，平面图和剖面图中的对象能够比较容易的获取其分别在平、剖面中的分布，从而可以做到“牵一发而动全身”,实现平、剖面的同步修改。1、剖面修平面通过剖面修平面，即将剖面上断层、煤层等的信息，反馈到相应的平面图上，修改平面图的断层、煤层等高线等。剖面在修改过程中，对应的断层或煤层信息发生变化，程序将自动触发修平面功能，将断层和煤层的关键点信息传回对应的平面进行相关操作。在修正平面过程中，变动的关键点将对周围一定范围内的原始点产生影响，对于影响范围的选择，本研究采用膨胀算法进行搜索。变动的关(1)膨胀算法利用“膨胀算法”进行插值计算的原理为(参见图3-29):假设TIN的大部分三角形顶点都具有特征值(如标高),那么,对于某一插值点G(G可以为无特图3-29膨胀算法示意图1在图3-29中，G点所在三角形为ABC。假设ABC为搜索数据时的第一层，那么AB、BC、AC三边的相邻三角形为AFB、BHC、CDA,它们为第二层。以此个因素：1)层数不能太多。否则搜索出的三角形顶点数过多，这必将造成曲面拟合的时间过长，并可能造成计算过程的不稳定。对具有断层等构造的层状空间对象而言，如果层数过多还可能产生以下致命的缺点：当同时使用了断层上下盘的相邻点，如图3-30的B、F两点，其中F点为插值三角形C点时搜索到第七层时的三角形顶点，因B、F两点太近，而且诸如地层底板标高等特征值有较大的差异(断层落差大时更是如此),所以将造成曲面的畸变，使插值结果与实际值相差太大。若为逆断层时，还可能导致原始数据的构型错误(因为逆断层的平面投影有局部区域相重，同一个平面数据点可能有两个标高值),所以插值结果也是完全错误的。图3-30膨胀算法示意图22)层数不能太少。如果层数太少，那么用于曲面拟合的数据点也少，此时插值结果的精度不高，其结果是影响等值线等图形处理的自动化程度。对图3-31中的插值点G,如果搜索数据点的层数为1(图3-31(a)),那么搜索出的数据点数为3,拟合后的曲面为平板(假设三角形三顶点都有特征值),插值结果与周围的趋势不一致；若搜索层数为3(图3-31(b)),其插值结果反应了点D周围的地层变化趋势。GG图3-31层数与插值效果示意图由于对三角形的搜索顺序是以近圈层构造的形式由内向外的，所以与随机搜索相比，可以认为当前算法搜索出的数据点是更加接近于均匀分布。如果搜索的层数合理，那么拟合的曲面将反应出地层的趋势，插值结果不仅精度满足要求，而且也是合理的。对层数的选择可以通过等分角度法完成。图3-32平面等分示意图等分角度法的本质就是以插值点为中心把360度的平面作N等分(图3-32中N=8),然后在每一等分的平面内搜索原始数据点。在当前算法中，层数的确定方从插值点所在的三角形开始向外扩展三角形以搜索原始数据点；如果满足N等分面内搜索的原始数据点数5,那么当前层数即为合法的层(2)曲面样条函数1)插值算法的选择。对原始TIN的加密，待通过膨胀算法得到用于插值的在选择适合于层状地学空间变量插值的数学方法时，最好满足以下几个基本条中，如果插值算法对数据的空间分布位置要求过高，那么,该算法的实用性将受已知原始数据点，用于曲面拟合的原始数据点数≥3即可。由于本论文中2)曲面样条函数原理曲面样条函数可看成是无限大平板纯弯曲时的变形，挠度和作用在该板上的负载q(x,y)之间的微分方程是：式(3-2)中----待定系数变化较大时，要取得小些，反之则取大些。一般情况下，,对有奇式(3-4)中性，可用对称方程组的HOUSEHOLDER变换法求解。3、致密网状平剖对应层或标志层专题图形，由于线间距比较大(如50米或25米),如果把上下层的此，需开发如下功能：(1)可以纵横交错切割任意数量的剖面图。如图3-33中的剖面线。(2)在同一屏幕上，可以同时展示平面图和剖面图，而且剖面图的数量可以大于1。如图3-34。(3)实现平剖对应的可视化操作。图3-33网格状预想剖面的剖面线测量、通风、监测监控等数据变化管理的煤矿空间信息共享与Web协作应用平信息共享应用带来便利。如图3-35所示。系统的建设应在GIS、WebGIS、数据库技术的支持下，统一地理信息据库管理系统(SQL)、实现专业应用软件组件式开发，基于矿井生产技术层、水害处理成果空间信息文件通风部门通风信息提取空间息空间信息文件图3-35基于空间数据库的生产专业部门信息共享煤矿危险源识别、预警系统必须统一架构地理信息系统平台与数据存储、集成开发专业应用软件(面向生产技术层)与远程管理平台(面向领导层、决策层、管理层),真正实现服务于煤矿安全生产管理。地理信息系统平台是核心，统一存储的数据是系统运行的血液，专业应用软件是其现代化工具，几个部分相互衔接，加上与系统运行相配套的管理制度与基于工作流的分级处理反馈管理机制构成了煤矿安全生产管理模型。为此，系统的整体架构是浏览器/服务器+客户端/服务器体系结构，即C/S+B/S结构为基础，基于WebGIS的专业系统实现集团公司、生产矿井等多部门与多管理层面的数据共享、交换与安全生产管理。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导审批—矿长审批(若有需要)一公司主管部门一主管领导；同时基于统一数据如图3-36所示实现分级处理与管理，一旦某一环节出现无反馈现象直接上报到分级的责任人顺序定制可以根据实际情况配置和修改。见图3-37。专级服务器矿井技术层图3-36基于工作流的信息分级处理反馈管理模型短信骗设置分钟.○表示不退检)F短信设置相关负责人，按下面次序间隔性次发送，直接有回复为止2000-05-12姓名：手机号：姓名：手机号：胜名：