焦步青

（中煤平朔集團有限公司 地質(zhì)測量中心 山西 朔州 036000）

中煤平朔集團有限公司作為中煤能源集團公司旗下的核心生產(chǎn)企業(yè)，是我國規(guī)模最大的露井聯(lián)采煤炭企業(yè)，建礦30 多年來積累了大量空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及地測專題數(shù)據(jù)，且隨著大型無人機航測體系在平朔露天礦采剝工程驗收工作中的成功應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)的獲取方式變得更加準確、便捷，具備了地理信息系統(tǒng)平臺的建立條件。中煤平朔集團礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺的建設(shè)，實現(xiàn)了礦區(qū)地面影像數(shù)據(jù)、測繪矢量數(shù)據(jù)以及地測資料數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，具備了空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、分析、統(tǒng)計、定位共享、簡單測圖測距及打印功能，解決了平朔公司測繪資料管理、發(fā)布共享、信息管理等諸多問題。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1）二維地理信息模塊。整合了圖層管理、常用工具、數(shù)據(jù)管理、查詢定位及統(tǒng)計分析功能，實現(xiàn)了各類影像數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)的瀏覽，分屏對比展示，歷史月度航測數(shù)據(jù)管理，地形圖數(shù)據(jù)管理，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)互查，實際采剝量按時間、礦區(qū)等條件的統(tǒng)計分析，各類實際量、計劃量的對比分析。

2）三維地理信息模塊。整合了圖層管理、常用工具、飛行管理及視頻管理功能，實現(xiàn)了月度航測數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)聯(lián)合瀏覽，可以直觀感受礦區(qū)地形變動幅度。

3）資料管理模塊。提供了各類生產(chǎn)資料的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了資料的分類、增加、編輯和刪除。系統(tǒng)數(shù)據(jù)由2 個PC 端及移動端進行發(fā)布?；? 個客戶端，可以實現(xiàn)關(guān)注位置的定位、信息推送、現(xiàn)場信息采集等管理功能。同時，系統(tǒng)預(yù)留了可擴展接口，可以滿足其他系統(tǒng)獲取地理信息數(shù)據(jù)的需求。

2 總體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

中煤平朔集團礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺分為：基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)平臺3 層架構(gòu)[1-2]，以及在此基礎(chǔ)上為其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)留的數(shù)據(jù)接口。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1）基礎(chǔ)設(shè)施層。該層是系統(tǒng)建設(shè)和運行的基礎(chǔ)，包括軟硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)、通訊、開源地圖等。

2）數(shù)據(jù)中心層。該層是1 個按照統(tǒng)一的標準規(guī)范所建立的數(shù)據(jù)倉庫，包括GIS 數(shù)據(jù)、DWG 數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等。

3）服務(wù)平臺層。該層主要包括門戶網(wǎng)站、專業(yè)系統(tǒng)接口、電子地圖等。

4）專業(yè)應(yīng)用層。該層是礦區(qū)各項專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的集合，是1 個開放式的結(jié)構(gòu)，可在此基礎(chǔ)上不斷添加建設(shè)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

數(shù)據(jù)生產(chǎn)及維護管理流程如圖2。

圖2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)及維護管理流程

1）空間地理數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包括開源電子地圖數(shù)據(jù)、航測影像數(shù)據(jù)、地面數(shù)字高程數(shù)據(jù)、月度采剝位置數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、供電線路數(shù)據(jù)等，上述數(shù)據(jù)按更新周期分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。

2）歷史數(shù)據(jù)及專題數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包括采掘工程平面圖、剝離量發(fā)文、月度航測點云、礦權(quán)資料、地質(zhì)資料等，上述數(shù)據(jù)按更新周期分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺

1）服務(wù)器部署ArcGIS Server Enterprisie V10.7 標準版。包括以Web 為中心的全功能制圖和分析平臺，能夠?qū)?shù)據(jù)、分析功能等地理資源發(fā)布為服務(wù)，并在門戶組件中集中組織與管理，支持邏輯示意圖分析。

2）數(shù)據(jù)制作采用ArcGIS desktop-V10.7 標準版+3D擴展軟件。具備數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)建模功能，可有效顯示和分析表明數(shù)據(jù)，具備三維可視化和地形建模[3]。

3）數(shù)據(jù)庫采用甲骨文公司Oracle 11g 標準版。該軟件具有開放性、并行性、安全性、性能最高、操作簡單、使用風險較低等特點。

3 二維地理信息系統(tǒng)

3.1 主要顯示內(nèi)容

基于山西天地圖實現(xiàn)了矢量、影像底圖服務(wù)，數(shù)據(jù)庫中存儲了從1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶5 000 到1∶10 000、1∶50 000、1∶100 000∶1∶500 000、1∶1 000 000等各種比例尺的地形圖數(shù)據(jù)，存儲了分辨率從0.2、0.5、1.0、2.5、5～10、15、30、50、100 m 等航片數(shù)據(jù)，以及各種比例尺的專題圖形數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過金字塔規(guī)則處理和組織后平臺提供瓦片數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)從宏觀、中觀、微觀多個級別的無縫瀏覽，自動平滑調(diào)用最適合的比例尺圖形推至用戶面前[4]。

1）基于山西天地圖及高德地圖的矢量、影像地圖服務(wù)，其中天地圖影像數(shù)據(jù)為默認數(shù)據(jù)。平朔礦區(qū)2010 年、2019 年2 次全礦區(qū)范圍航測影像，其中2019年最新期數(shù)據(jù)設(shè)置為默認打開模式。

2）以平朔公司月度無人機航測影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)折射糾正、拼接、融合、影像金字塔構(gòu)建及切片緩存等多種處理后進行展示的露天礦影像數(shù)據(jù)，其中最近12 個月的露天礦航測影像數(shù)據(jù)在圖層中進行展示，最新1 期影像數(shù)據(jù)為默認數(shù)據(jù)，其余影像數(shù)據(jù)歸入歷史數(shù)據(jù)庫進行管理及調(diào)用。

3）平朔礦區(qū)礦權(quán)信息。①土地權(quán)屬信息、與露天礦生產(chǎn)相關(guān)的周邊行政村信息及責任區(qū)劃分信息；②露天礦主采煤層歷史開采范圍；③全礦區(qū)鉆孔信息：該信息基于平朔礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫進行編制錄入，包括鉆孔孔號、平面位置、開孔高程及終孔深度、鉆孔類型，并將鉆孔柱狀圖與鉆孔信息進行了掛接[5]。

4）煤礦專題數(shù)據(jù)。①以DLG 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合重點區(qū)域測繪信息對礦區(qū)內(nèi)外主要道路、鐵路專用線、110/35/6 kV 供電線路、主要建筑物及露天礦平盤注記等煤礦專題數(shù)據(jù)進行展示；②露天礦年度復(fù)墾計劃及月度實際復(fù)墾完成信息；③儲量信息；④線劃圖數(shù)據(jù)：為方便操作者對不同要素的使用需求，同時兼顧數(shù)據(jù)容量及切片速度，對線劃圖中涉及不同要素進行了分類處理發(fā)布。

3.2 圖層管理

3.2.1 圖層操作及展示

在系統(tǒng)的運行過程中，依據(jù)使用需求的不斷增加，圖層展示內(nèi)容必將不斷豐富，考慮不同操作者關(guān)注的圖層信息不同，不能簡單采用全部開關(guān)或分類選擇的辦法進行操作，因此，為方便操作者執(zhí)行圖層操作功能，圖層管理通過勾選操作的方式選擇圖層的可見性，操作者可以根據(jù)不同需求選擇其關(guān)注信息，圖層依據(jù)操作者的選擇順序進行依次展示。同時考慮多種要素數(shù)據(jù)可見性及頁面美觀性，圖層中所有要素均采取了無填充模式，僅以邊界色彩作為區(qū)分標志。

3.2.2 圖層數(shù)據(jù)管理

平朔礦區(qū)空間數(shù)據(jù)種類繁多，測繪基準不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。其中大多數(shù)空間數(shù)據(jù)為AutoCAD格式的制圖數(shù)據(jù)，制圖格式的數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)所采用的GIS 數(shù)據(jù)格式有著較大的差別，前者的主要目的是制圖，后者主要目的是數(shù)據(jù)管理與空間分析，要實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享服務(wù)，必須對CAD 格式的數(shù)據(jù)按照空間數(shù)據(jù)庫標準進行轉(zhuǎn)換處理，因此數(shù)據(jù)管理首先要解決的就是建立GIS 格式的空間數(shù)據(jù)并將所有數(shù)據(jù)附帶用以存儲幾何體的屬性信息。

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理。通過對CAD 數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)調(diào)整、拓撲處理、屬性掛接等工作，將傳統(tǒng)意義上的制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以賦予更多內(nèi)容的地理信息數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)分類分級。將各種空間數(shù)據(jù)按照不同的類型（如地形圖、影像圖、多媒體）、專業(yè)（地測、地質(zhì)、水文）、尺度（比例尺、投影坐標系）、時間（如成圖時間）及應(yīng)用需求進行分類處理，定義不同的顯示范圍和內(nèi)容。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對采集的各種比例尺的圖件進行坐標變換，形成統(tǒng)一的滿足國家要求的2000 國家大地坐標系。

3.2.3 圖層應(yīng)用

1）地圖瀏覽。系統(tǒng)提供了滾輪縮放、指定位置點擊縮放、全圖及鷹眼瀏覽模式，通過對各種瀏覽模式的聯(lián)合應(yīng)用可以直觀了解全局與局部的關(guān)系，同時在執(zhí)行了一系列操作后可以快速還原到礦區(qū)全視域范圍。

2）測距側(cè)面。平朔礦區(qū)地理信息服務(wù)平臺是面向公司多個單位開放的，基于可實現(xiàn)無縫瀏覽的地圖頁面，操作者可根據(jù)需求，采用鼠標左鍵連續(xù)點擊被測位置的方式進行多點間距離量測，并可采用鼠標左鍵單擊的方式指定量測位置并進行面積量測，量測數(shù)據(jù)實時進行頁面展示。此功能的使用不僅極大地減輕了測繪人員的工作量，而且為其他無地形數(shù)據(jù)的單位提供了更加便捷的數(shù)據(jù)獲取方式。

3）地圖刷新。在進行了一系列地圖操作后，可通過點擊刷新鍵對頁面信息進行一鍵清理，使頁面還原至默認狀態(tài)。

4）查詢定位。在露天礦生產(chǎn)作業(yè)過程中，采剝工程位置、采剝計劃及工程量、煤層賦存情況及進一步勘探計劃一直是最重要的信息之一。因此，在系統(tǒng)的建設(shè)過程中，充分考慮了系統(tǒng)操作者的使用目的及關(guān)注內(nèi)容，開發(fā)了查詢定位功能模塊。該模塊主要包括：采剝位置查詢、綜合查詢、空間查詢、鉆孔查詢及地圖定位。其中采剝位置查詢是查詢定位功能開發(fā)的核心，該模塊以采剝工程月度計劃及采剝量計算信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括采剝時間、作業(yè)設(shè)備、剝離物性狀、作業(yè)平盤、面積、厚度、采剝量等。通過采剝位置查詢，可快速獲得指定時間段計劃采剝及實際采剝位置對比圖、了解關(guān)注區(qū)域或設(shè)備的開采情況，為生產(chǎn)部署提供數(shù)據(jù)支持。

5）統(tǒng)計分析?；趫D層數(shù)據(jù)，對采剝工程所關(guān)注的采剝量、計劃及實際完成對比等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，且為方便操作者對不同要素的統(tǒng)計需求，開發(fā)了以時間、礦區(qū)及統(tǒng)計要素等多個查詢要條件的查詢方式，各查詢方式可單獨選擇、也可作為復(fù)選項聯(lián)合選擇，查詢結(jié)果以柱狀圖及表格兩種方式進行展示，頁面清晰明了。

6）信息標注。為PC 端及移動端聯(lián)合使用功能。授權(quán)操作者可在地圖上對關(guān)注信息進行添加、刪除和修改，并通過標注信息發(fā)布的方式直接將信息對授權(quán)操作者進行共享，為會商、應(yīng)急救援、維修維護等工作提供數(shù)據(jù)支持。

7）地圖打印。該功能主要為解決操作者簡單標注后打印出圖而進行開發(fā)的。當操作者在進行測距、測面或?qū)χ攸c關(guān)注區(qū)域進行定位標定后，可方便對所選擇的區(qū)域進行不同比例尺及不同像素需求的輸出，基本可以解決CAD 制圖依賴問題，使沒有制圖經(jīng)驗的人員也可獨立完成簡單標記及打印工作。

4 三維地理信息系統(tǒng)

在二維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對2019 年平朔礦區(qū)航測數(shù)字高程模型、露天礦月度無人機航測數(shù)字高程模型進行金字塔規(guī)則處理、按照規(guī)則進行切片后，提供支持無縫瀏覽的三維地圖瓦片服務(wù)[6]。

1）三維地圖。在三維地圖中可通過對圖層列表單獨選擇查看不同時間段露天礦及周邊區(qū)域的是三維地圖、也可通過分屏模式對比查看不同時間段同一區(qū)域的地形變化情況，同時可與二維地理信息系統(tǒng)在分屏對比分析中聯(lián)合使用用以確定關(guān)注區(qū)域的地形情況[7]。

2）三維剖面分析。露天礦邊坡角是礦山安全生產(chǎn)的重要指標，為滿足操作者快速量取邊坡角的目的，在三維地理信息系統(tǒng)中，操作者可采用點擊鼠標左鍵的方式對目標區(qū)待測位置剖面角進行量測，剖面角及剖面圖可實時在頁面進行展示。

5 Pmis 管理系統(tǒng)

MIS（管理信息系統(tǒng)--Management Information System）系統(tǒng)，指進行日常事務(wù)操作的系統(tǒng)。主要用于管理需要的記錄，并對記錄數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理，將處理的信息及時反映給管理者的1 套網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。中煤平朔集團平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為面向公司內(nèi)部多家單位開放并提供基礎(chǔ)服務(wù)的平臺，MIS 系統(tǒng)的建立是保障信息安全性及維護系統(tǒng)正常運行的必要組成部分[8-9]。該系統(tǒng)采用BS 架構(gòu)，主要功能包括：

1）對操作者分類并進行權(quán)限設(shè)定。按照公司不同部門對信息數(shù)據(jù)的瀏覽權(quán)限，將操作者劃分為管理員、數(shù)據(jù)錄入員、技術(shù)員及瀏覽用戶。根據(jù)不同用戶的權(quán)限設(shè)定，各類用戶僅能對該類用戶設(shè)定功能可見，使操作者頁面更見簡潔明了。

2）對可見圖層進行權(quán)限設(shè)定。根據(jù)操作者分類及權(quán)限設(shè)定標準，對不同操著者可見圖層進行分類設(shè)定，圖層設(shè)定后各類操作者僅能對設(shè)定圖層可見，保障的數(shù)據(jù)的安全性。

3）數(shù)據(jù)發(fā)布。當數(shù)據(jù)錄入員進行數(shù)據(jù)維護后，數(shù)據(jù)按照權(quán)限進行逐級審批后由管理員統(tǒng)一進行地址配置并發(fā)布，保障的數(shù)據(jù)的準確性。

4）操作記錄。當操作人員在平臺進行操作后，MIS系統(tǒng)會對所有動作進行記錄，進一步保障了數(shù)據(jù)的安全性。

6 結(jié)語

中煤集團平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為智能化礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，已經(jīng)基本完成了前期系統(tǒng)建設(shè)并具備了部分查詢、分析及展示等功能，在后期的運行過程中將不斷探索三維地理信息系統(tǒng)在實際生產(chǎn)的應(yīng)用方向，并通過不斷豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容擴展二維地理信息系統(tǒng)的服務(wù)對象，同時作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為智能化礦山建設(shè)其他子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。