矿井测量信息系统的组成与功能

周建波

摘要：介绍了矿井地质测量信息系统的基本组成包括数据输入与格式转换、数字高程模型模块、空间数据管理系统、空间数据分析系统、专家系统工具、数据显示、输出系统；主要功能包括：数据的采集与输入功能、图形处理功能、地质测量数据库管理功能、数据处理与空间分析功能。

关键词：矿井；地质测量；信息系统

前言

信息系统有数据的采集、管理、分析和表达等功能：一般包括企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统、交通运输信息系统和空间信息系统等。地理信息系统（GIS)是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的一种特定的空间信息系统。处理空间数据和图形图像是GIS的最大特点。地理信息系统的技术方法是矿区多层空间，以及资源和环境等动态时空信息的存储、处理、复合、分析与评价的有力手段。在此基础上，开发适用于矿区条件的矿区资源环境信息系统，可以为矿产资源的合理开发、环境影响与生态效应、自然过程与社会经济问题的分析评价或预测预报等提供信息载体和有效的技术手段。矿井地质测量工作为矿井生产建设提供完备的地质信息、几何数据和图形信息，矿井地质测量空间信息是整个矿区资源环境空间信息的主要来源。

1矿井地质测量信息系统的特点

1.1基础性。矿井地质测量信息是矿井地面与井下规划设汁、矿井生产指挥调度、矿井通风安全等方面的基础信息源。

1.2三维性。矿井空间是包括地面、井下及上覆岩层的多层立体空间，它具有复杂的内部结构，如起伏的地形，矿床中的褶皱、断层构造，井下巷道的空间交错等。

1.3动态性。矿区开发和生产作业的地理空间地点时刻处在变动之中，地下巷道、采场和矿床贮存状况不断变化。这就要求地质测量信息系统能不断地扩充、更新和完善，能及时反映新揭示的地质现象，准确表达井下巷道和采场的空问位置。

1.4不确定性。由于地下矿藏赋存状况和地质构造的复杂性、不稳定性，并且受勘探技术手段和勘探工程量的限制，因此对矿体及其围岩地质特征的描述往往带有一定的推断性质，对开采对象不完全了解，因而，生产作业和管理工作完全按原定计划执行很难做到。

2矿井地质测量信息系统的基本组成

矿井地质测量信息系统是在国内外通用CIS软件的基础上，根据矿井地质测量的空间数据特点和矿井生产建设的需要，进一步扩展和再开发出的专用软件。与通用GIS软件一样，矿井地质测量信息系统的主要组成如图1所示。

2.1数据输入与格式转换。该系统能够实现常用GIS数据格式间的转换，能够支持多种形式的数据输入，如文本、数字、矢晕和网格图形数据的输入，将现有的井田区域地质地形图、煤层底板等高线图、采掘工程图等图件以及野外测量数据、地质编录资料和采矿数据等转换成计算机兼容的数字形式。该系统不仅要包括通用的图形处理功能，而且还要具备图像处理功能，以实现GIS和遥感的完全结合。在图形编辑系统中设计属性数据的输入功能可以直接参照图形数据，实现图形数据与属性数据的联接。

2.2数字高程（地面)模型模块。数字高程（地面)模型是一种特殊的数据模型，在矿产资源开发中，诸如地面地形图、煤层底板等高线图以及采掘工程图中不能再把高程当作属性，而应该用真三维的方法研究，因此，应把它设计成一个单独的模块。

2.3空间数据管理系统。它是CIS软件工具的核心部分，统一管理属性和空间数据，具有初始化、输入、更新、删除、检索、变换、量测、维护等功能，并为其他模块提供基本图形图像支持工具和接口。

2.4空间数据分析系统。空同数据的处理、分析是GIS软件的又一重要内容空间数据分析，可分为3个层次：简单的空间搜索、空间叠加，空间格局的关系及其描述和空间模拟。

2.5专家系统工具。该系统工具以人工智能为基础，它具有组织和使用知识及不充分、不准确数据，模仿专家的思维、推理，进行分析和解决问题的能力。它对于处理井下复杂的、不确定的地质现象，进行地质推断、地质预报等具有重要意义。

2.6数据显示、输出系统。数据输出和表示是关于数据显示和向用户报告分析结果的方法问题，数据可能以图形、图像、文本、表格等各种形式表示。

3矿井地质测量信息系统的主要功能

3.1数据的采集与输入功能。矿井地质测量信息系统的数据主要来自于矿井地质数据、测量数据和采矿信息数据。例如地质勘探资料、井下开拓掘进揭露的地质资料、野外和井下测量数据、现有的图形资料等。不论形式怎么多样化，它大体可分为：一是地理基础数据或空间数据，如地形、井下巷道、工作面的位置，矿床的贮存状态及地质构造的位置等：二是属性数据或描述数据，如煤质、顶底板岩性、生产统计数据等。野外和井下测量数据、属性数掘等可通过键盘、电子数据记录器等输入；现有图纸资料可通过数字化仪或扫描仪输入。

3.2图形处理功能。图形处理是CIS的重要特色。它应能完成图形的输入、编辑、建立拓扑关系、图形修饰、分层显示、输出等主要任务。对于信息系统来说，它应具备以下功能：（1）制图功能。根据矿井地质测量资料建立矿井地面、煤层底板的数字高程模型，经图形的编辑、修饰生成各类矿图。（2）矿图动态修改功能。根据井下采掘工程的进展情况，及时填绘采掘工程图、井上下对照图等矿山测量图；根据采掘过程中新揭露的地质资料补充和修正煤层底板等高线图、地质水平切面图、勘探线剖面图、地形地质图等矿井地质图，以保证矿图的准确性。（3）根据基本矿图和地质测量数据，生成断面图、主体图及其他专业图纸。（4）实现属性数据与图形的互访。如某个位置的煤质、剩余煤厚，或不可采厚度所圈定的不可采块段范围。（5）图形显示、输出功能。

3.3地质测量数据库管理功能。地质测量数据库是地质测量信息系统的核心部分，它应具备如下功能：（1）数据库的建立与维护。根据地质测量的原始数据、计算成果、应用模型等分别建立原始资料库、成果库、图例库、模型库等。数掘库建立后，需要维护，以确保其安全和效率。（2）数据库的操作。应能从数掘库中检索出满足条件的数据，可以向数据库中插入新数据，可以修改、删除数据库中的数据。（3）通讯功能。可以向上级主管部门或其他有关部门发送数据库中的数据或图形，也可以接收到其他数据库中的数据，实现信息的共享。

3.4数据处理与空间分析功能。（1）根据数据库的资料进行设计。如控制网优化设计、贯通测量预计、开采沉陷预计、煤柱设计等。（2）进行数值计算。如地面控制网平差、井下导线的平差计算、各级储量的计算、资源损失量计算、开采沉陷观测资料的分析计算等。（3）根据地质测量数据库提供的信息，利用智能专家系统工具，对矿井地质现象进行推断。诸如工作面前方地质构造预测，煤层顶底板岩石稳定性预报，综采工作面小断层预报等。

结语

矿井地质测量信息系统是矿区资源环境信息系统的基础。矿井地质测量信息系统就是以采集、存贮、管理和描述矿井范围内有关矿井地质和测量数据的空间信息系统，是矿区资源环境信息系统的基础和核心子系统。