数字矿山

“数字煤矿”就是以先进的煤矿机电及 一体化技术、计算机技术、3S技术、 与信息化相适应的现代企业管理制度为 基础，以网络技术为纽带，煤矿安全生 产、高产高效、可持续发展为目标，实 现多源煤矿信息的采集、输入、存储、 检索、查询与专业空间分析，并实现多 源信息的多方式输出、实时联机分析处 理与决策、专家会诊煤矿安全事故与调 度指挥等。“数字煤矿”是传统煤矿专 业技术、计算机技术和3S技术等发展
数字煤矿的理论、系统设计 和案例介绍
主讲：毛善君 博士
北京大学遥感与地理信息系统研究 北京大学空间信息科学与技术系 北京龙软科技发展有限公司
2007/01/12
公司概况
一、国内外现状及存在问题 二、理论和技术方法研究 三、数字矿山的技术途径 四、关键支撑理论与GIS平台架构 五、系统设计与开发方案 六、案例介绍（以龙口为例） 七、公司概况
⊙系统设计原则
※统一性原则 ※实用性原则 ※经济性原则 ※安全性原则 ※可靠性原则 ※易维护性原则 ※开放性原则
⊙遵循标准与规范
※软件工程开发遵循：
《国家计算机软件工来自百度文库规范》
※数据库开发遵循：
符合ANSI SQL标准
※安全系统遵循：
国家信息安全主管部门制定的各项标准
※系统的图件、成图格式、精度遵循：
井下监控系统
···
井下监控系统
基于Web的监测监控系统方案
五、专业产品及其扩展应用
（1）Longruan GIS平台 （2）地测空间管理信息系统 （3）通风安全管理信息系统 （4）生产辅助设计系统 （5）矿井供电设计与计算系统 （6）煤矿三维虚拟环境系统 （7）煤质、运销管理信息系统 （8）煤矿安全生产管理信息系统 （9）煤矿生产调度管理信息系统 （10）机电设备管理系统 （11）基于WebGIS的煤矿安全数字监控系统 （12）办公自动化系统 （13）作业规程编制系统 （14）质量标准化管理系统 （15）数字地质报告编制系统 （16）瓦斯、水害防治系统 （17）地表变形预计系统 （18）井下人员跟踪定位救护系统 （19）非层状矿床地测空间管理信息系统 （20）煤炭资源管理信息系统 （21）煤矿安全监察管理信息系统 （22）煤矿应急救援指挥信息系统 （23）采掘衔接辅助设计系统
图 形 系 统 最新数据 动态修改模型
图形库
图像库
属性库
专业模型库
三维地理信息系统 通防专题图形系统 地测图形信息系统
数据存储平台
煤矿专业应用软件
应用开发方案
※ 基于Longruan GIS平台组件式开发专业图形系统 ※ 数据接口技术：ODBC与ADO ※ 基于C/S+B/S混合模式开发 ※ 基于ComGIS +WebGIS实现矢量图形等信息发布 ※ 基于二维基础数据的三维动态建模
API函数二次开发，同时系统提供了类似MapX、MapObjects的组件， 2）文档：一般GIS文档都是固定的格式，无法更改，要改就要对软件重新开发，现在可以结合 实际需求，根据文档的开发规范很轻松的增加不同类型的文档。 系统层。 与通用GIS组件不同的是，我们还将煤矿常用的专业功能做成组件，极 只要开发人员遵循规范，就可灵活的增加用户需要的模块。
系 统 基 础 平 台 结 构
1）实体：煤矿GIS平台，除了通用实体如点、线、面，还可以根据实际需求很方便的增加钻孔、 （3）平台提供多样的开发方式，具备强大的二次开发功能。可以使用 断层等煤矿专用的实体，就是说以后画一个断层、钻孔就象现在画线样容易。
3）符号库：可以很方便的增加一些专用的符号库如岩性符号库、测量符号库等，按类型分类， 大的提高了煤矿GIS二次开发的效率。 管理方便。
系统架构
分析处理
矿井生产用户
公司用户
上级主管部门
WEB+浏览器+客户端/插件+网络协议
用户提交的空间查询请求 可视化表达 可视化选取 ImgMap/Asp.net C#等技术 查询结果集 应用服务器、WEB服务器 空间查询条件 Asp.net/SQL 空间信息咨询服务 ··· WEB协作决策服务
动 态 修 改 信 息
（2）对于图形实体、文档、符号库都有标准的DLL函数接口， （1）系统自下而上具有四层：DLL层、API层、组件层、应用
煤矿空间数据库设计
⊙系统设计思想
ü 立足现在 本着经济、实用、好用的原则，系统 着重于解决生产中的实际问题。 ü 着眼未来 用历史的、发展的眼光看问题，致力 于系统集成化、网络化，为实现整个矿山 数字化奠定基础。
9、实时在线远程监控系统
六、典型成功案例
——龙口煤业安全生产管理信息系统
项目概况
本项目主要结合龙口煤业公司及三矿安全生产专业管理 业务流程实现数字化、信息化与标准化的管理，构建安全生 产管理信息系统，主要开发完成内容包括：
（1）生产调度管理信息子系统 （2）生产技术管理信息子系统 （3）矿井安全管理信息子系统 （4）质量标准化管理信息子系统 （5）一通三防管理信息子系统，含通防专题制图系统 （6）机电管理信息子系统，含租赁管理子系统 （7）地测管理信息子系统，含地测绘图系统、地测专业数据库系统 （8）井下三维信息子系统 （9）系统管理子系统
与结合的产物，它涉及的理论与技术都 是当前信息技术发展的前沿。系统研究 不仅需要已有的理论和技术为支持，同 时还需从更高层次和一体化系统集成的 角度来组合和应用全新的理论和技术， 从而更好地、更广泛地为煤矿信息化与 现代化管理与决策提供全面的服务 。
四、基础平台与整体解决方案
（一）系统基础平台结构 （二）煤矿空间数据库设计 （三）煤矿空间信息系统的解决方案 （四）基于B/S＋C/S的煤矿安全生产信息系统整体格架
一通三防管理远程系统—基于WebGIS的图形监测与导航
一通三防管理远程系统—瓦检结果查询
机电综合管理远程系统
机电综合管理远程系统
系统管理与维护
七、龙软概况与荣誉
公司是依托于北京大学成立的一家专门从事数字矿山 的高新技术企业,公司本部位于中国最大的软件产业基地---中关村软件园。 公司与北京大学、中国矿业大学等著名学府密切合作， 研制、开发并推广具有我国自主知识产权的煤矿专用地理 信息系统（地测、设计、通风、调度、机电与安全信息 等），为用户提供产、供、销、人、财、物等内部资源和 客户、供应商等外部资源为一体的基于工作流模式的矿山 整体解决方案。
已有生产信息
最新生产信息
三、数字矿山的技术途径
1.“数字煤矿”的概念
煤矿信息是一种动态变化的、与空 间位置密切相关的信息。信息的合理化 管理直接影响到煤矿安全问题的预测和 防治工作，其间涉及的信息量十分巨大 ，包括三维地震资料、地质测量数据、 通风安全数据、实时监控数据以及多媒 体视频信数据等，如何实现空间信息的 共享与网络服务十分重要。
由于在任一时刻，灰色地理信息系 统所反映的空间实体并非真实的空间实 体，而获取的最新数据又是修改有关图 形的依据。所以，灰色地理信息系统带 有一般控制系统自适应和动态调节的特 征（见图2），这也是灰色地理信息系 统与其它地理信息系统最大的区别。
综上所述，灰色地理信息系统除了 具有现有地理信息系统的特征外,还具 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 ,空间数据及其属性为新老原始数据的 并集;
项目实现与应用
C/S部分：
（1）地测图形系统与专业数据库管理
梁家矿2煤四采区采掘工程平面图
北皂矿海域采掘工程平面图（下幅）
地质数据库管理系统
测量数据库管理系统
储量数据库管理系统
水文数据库管理系统
（2）通风专题图形系统
B/S部分：
（1）煤业安全生产管理信息系统
实时监测
（2）租赁管理信息系统
(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 可能反映矿体在空间的真实状态； (5)随着空间数据的增多,系统所表 达的矿体将更加精确，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。
一、国内外现状及存在问题
主要从如下三个方面进行介绍： (1)理论和技术方法落后； (2)专业分的太细，无法集成； (3)没有充分利用网络技术; (4)没有严格按软件工程实施 (5)没有与信息化相适应的管理制度
二、理论和技术方法研究
灰色地理信息系统的定义和特点: 根据对现实世界中所研究对象获取 信息的多小,我们可以把它们分为三大 系统(图1): (1)黑色系统:无任何信息已知; (2)灰色系统:部分信息已知,部分信 息未知; (3)白色系统:所有的信息都已知。 根据上面的定义,现有的地理信息系 统大多为白色或者是接近白色的系统。
空间信息处理服务 空间信息访问服务
煤业安全生产管理系统
管理层
空间SQL查询
标准HTML文本流
矿质量标准化远程系统 矿通风管理远程系统 矿安全管理远程系统 矿生产调度远程系统 矿生产技术远程系统 矿地测管理远程系统
数据库Cache 矿 全 产 理 统 安 生 管 系
煤业及三矿数据库
··· 信息共享与Web协作平台
用 户 层
生产辅助设计子系统 机电设计子系统 ……
服 务 器 层
地图服务器
文件引擎
空间数据引擎
组 件 层
基础组件 图形编辑 三维分析 数据访问 数据采集 地测 机电
专业组件 通风 ······
数 据 层
文件
综合数据库
空间数据库
业务数据库
基于B/S+C/S的煤矿安全生 产信息系统整体格架
煤矿安全监察局
和电缆之间具有连接关系，拖动可实现连动的效 果，电缆可以自动正交、可自动处理电缆交叉、 自动标注设备型号参数； 3)系统具有完备的参数库和设备库存管理，为 计算和设备管理提供方便的管理工具； 4)可在供电系统图上进行设备参数选型，能够 自动完成负荷统计计算、长时载流计算、电压损 失计算、短路电流计算、整定保护计算； 5)在图形上完成图形绘制和计算后，可自动生 成供电设计报告。
1、煤矿安全监察系统
2、地测空间管理信息系统
地测空间管理信息系统各子系统
3、一通三防管理信息系统
通风专题制图系统
通风网络解算系统
平煤集团丁组避灾系统图
平煤集团丁组防尘系统图
4、生产辅助设计系统
巷道断面设计参数输入
拱形断面施工图自动生成
5、煤矿虚拟环境系统
6、煤质运销管理信息系统
7、煤矿安全生产管理信息系统
四级监控网络体系结构
UPS
UPS
UPS
局长终端
数据服务器
通信服务器
视频服务器 监控中心电视大墙
总工终端
交换机
交换机 交换机
防火墙 其他终端 路由器
( 省级监控中心 外网)
2M 专线
2M 专线
路由器
GPRS/CDMA
煤管站终端
交换机
煤管站终端
交换机
···
数据交换器
数据交换器
监控主机
监控主机
煤管站
光纤接入煤矿
8、供电设计及设备管理系统
矿井供电设计： 矿井供电设计系统可完成供电设备布置图、 供电系统图的绘制，在供电图形上可对供电设备 进行型号选择，完成供电设计计算（负荷统计计 算、长时载流计算、电压损失计算、短路电流计 算、整定保护计算）。系统所有选型、计算完全 基于图形完成，最终可自动生成供电设计报告。 1) 方便的绘制供电设备布置图、高压供电系 统图、低压供电系统图； 2) 供电系统图绘制方便，供电系统图设备
图1 与GGIS分类有关的示意图
地表
地层
钻孔 断层
图 2 地质剖面图的示意图
通过研究，我们认为，灰色地理信 息系统的定义应该为:指控制现实世界 中并不完全已知的三维空间实体的各 类空间数据及描述这些空间数据特性 的属性,在计算机软件和硬件的支持下 ,以一定的格式输入、存储、检索、显 示、动态修改和综合分析应用的技术 系统。
设备动态台帐
（3）三矿安全生产管理信息系统
地测管理远程系统
地测管理远程系统—报表浏览
地测管理远程系统—基于WebGIS的图形浏览
生产调度管理远程系统
生产调度管理远程系统
生产技术管理远程系统
矿井安全管理远程系统
质量标准化管理远程系统
一通三防管理远程系统
一通三防管理远程系统—报表管理
国家的有关标准和煤炭行业规范，符合 煤炭行业的习惯
（1）空间数据库的概念：什么是空间数据库？ 简单的讲就是将属性数据和图形数据全部存 到数据库中，由数据库统一管理。 （2）目前，煤矿对空间数据库的需求？
（3）满足煤矿专业应用的技术与对策
煤矿空间信息系统解决方案
地测子系统 通风子系统 数字化子系统 三维可视化与分 析子系统 …… WebGIS子系统 ActiveX控件 （矢量数据流） Html浏览器 （图像数据）