矿产资源电子地图
矿产资源电子地图系统的应用与最新进展
一. 矿产资源电子地图系统的发展综述
矿产资源电子地图系统是综合运用地理信息系统、遥感、网络、多媒体及虚拟仿真等技术,对矿区的基础资料、设备设施、动态监测、矿区环境进行采集和管理,为矿区的安全管理、生产管理和应急救灾等决策服务的技术系统。
矿产资源电子地图系统的任务是在矿业信息数据库的基础上,建立一个包括地形、交通、建筑、地面运输、工业管路、岩层、煤层、水体、地面工程、地下工程、井下运输、供电、通风、防尘、避灾路线、抗灾路线、生产调度、监测监控、安全管理、设备管理等强大空间电子地图的信息平台。
而目前传统的矿产资源管理系统存在很多缺陷与瓶颈,主要包括以下几点:
1. 传统的矿产资源平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、没有要素结构与纹理信息。
2. 矿井生产及安全综合监控各业务子系统都处于相互独立的状态,各成体系,维护量大,整体可靠性差,维修、维护困难。
3. 各业务子系统间信息不能互通,信息资源共享和利用效率低下,很难从系统的角度对矿区自动化进行统一管理,形成了“信息孤岛”现象,现有信息资源无法有效整合。 随着采矿生产新技术的不断推广应用和管理水平的不断提高,矿井生产及安全综合监控已经不只是考虑加快生产过程中某一环节的速度和效率,而是将整个生产过程作为一个整体来考虑,形成全生产过程的综合监控。因此建设统一的综合信息管理系统平台,使设备工况、控制及环境参数在统一的平台传输和集成,实现信息资源的综合利用,提高安全生产调度管理水平,实现对工矿设备及安全环境的集中监测与控制迫在眉睫。
二. 矿产资源电子地图系统的新特点
矿产资源电子地图系统综合运用地理信息系统、遥感、网络、多媒体及虚拟仿真等技术,对矿区的基础资料、设备设施、动态监测、矿区环境进行采集和管理,为矿区的安全管理、生产管理和应急救灾等决策服务的技术系统。系统通过对矿产资源电子地图系统应用平台的二次开发,构建统一的、基础性的、可扩展的空间信息展示平台。实现业务管理功能如下:
1. 展示集团内,各矿区的位置分布状况。
2. 展示矿区内各类建筑、设备的空间位置分布及运营状况,实现对矿井地面及井下真实情况的反映及控制。
3. 实现对矿区内巷道掘进、工作面推进、机电设备安装变更等井下生产状况的反映。
4. 实现对矿区各作业面的远程监测监控、远程人员定位。
5. 实现对井下采掘、通风、运输、排水、抽放、压风自救、供电等系统运行状况的即时监控、自动报警。
6. 实现对矿区事故发生现场的电子地图跟踪指引,实时指示矿下人员、救援人员的位置、最佳行进路线。
7. 实现对重大事故发生过程信息的回放,以便对事故进行分析总结。
三. 矿产资源电子地图系统功能的最新研究成果
1. 矿井浏览展示
实现对矿山的二维与三维的全方位浏览,主要包括:
(1)矿区地面工业场地、地面建筑和设施的真实反映。
(2)矿区井下巷道的真实反映,能够从各个不同的角度查看井下巷道的布局,可以进入巷道内部进行浏览,还可以看到巷道内部的设备。
2. 人员定位系统
(1)通过与“人员定位系统”的接口,采取续断更新的方式,对井下人员、车辆的位置进行动态显示,作为生产管理、考勤系统的依据。同时,针对井下人员的超时超员缺勤违规路线等各种异常信息,以图形化的方式显示在平台上,作为检查人员业务管理的辅助依据。
(2)实现对矿区事故发生现场的电子地图跟踪指引,实时指示矿下人员、救援人员的位置、最佳行进路线。
(3)实现对重大事故发生过程信息的回放,以便对事故进行分析总结。
3. 安全监测监控管理
(1)通过与“安全监控系统”的接口,连续监测煤矿井下的各类安全监测设备的运行状况,数据应当实现秒级的数据更新和显示,数据类别包括:瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压、水位等安全参数,以及相关监测设备的开、停、供电状态,实时检测煤矿井下生产环境。对于监控过程产生的异常状况,应当采用最高等级告警形式提示管理人员,同时按照异常的级别,将对应的应急方案以图形化的方式展示在平台上,作为管理人员决策的辅助依据。
(2)通过与“束管火灾预报监测系统”的接口,对井下任一地点的CO 、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2 等气体含量实现24 小时连续循环监测,及时预测发火点的温度变化情况。针对监控过程中出现的异常情况,采用最高等级告警形式提示管理人员。
(3)事故、避灾模拟。
(4)模拟事故的发生,事故的起因及过程。
(5)针对事故地点、事故范围等信息,结合井下风速、负压、温度等物理条件,以及抽放、压风自救等设备的运行状况,对事故的等级、处理方案进行预测和模拟,并以图形化的方式展示在平台上,作为管理人员决策的辅助依据。
(5)避灾应急路线模拟,在事故汇报中以带颜色的方向箭头表示。
4. 压风自救系统
压风自救系统是矿井按照为采掘作业的地点在灾变期间能够提供压风供气的要求,建立完善压风自救系统。三维综合监控系统是为提高矿井压风安全管理水平,根据该系统的建设情况得以真实的反应该系统的建设情况及即时监控情况,保证日常正常设备的排气量及灾变时供应量。
5. 设备管理系统
(1)通过与业务系统接口,实现对矿区内巷道掘进、工作面推进、机电设备等井下生产状况的反映。
(2)周期性更新巷道掘进、工作面推进、机电设备安装变更等井下状况,对其变动状况做出真实的反映。
(3)通过与“生产自动化系统”的接口,实时展示井下采掘、通风、运输、排水、抽放、压风自救等生产设备的运行状况,通过调度席位上工作站的显示屏,实时显示各生产环节和设备的运行状态,如:工作、维修、空闲、正在搬家等,以便生产调度随时指挥生产。
(4)通过与“供电监控系统”的接口,实时显示供电设备的运行状况,如:工作、维修等,辅之以该设备的其他信息的显示,包括开关状态及电流、电压、温度、功率、功率因数、电度等数据灯。
(5)当生产过程出现异常,或供电设备运行出现异常波动时,应当自动与业务系统同步报警,弹出异常画面显示异常地点,同时通过业务系统对井下设备进行远方开停、远程控制。
(6)通过与“数据中心”的接口,实现对各类数据的链接展示。
6. 信息查询
(1)对矿山企业的交通位置、地质状况、开采状况及资源状况等矿山基础信息可以很方便的调阅查询;
(2)提供针对属性数据查询定位;
(3)查询选择对象(巷道、建筑)的属性;
(4)通过属性(主要是名称)查询和定位对象;
(5)查询设备(巷道内)和巷道,监督生产进程和设备更新;
(6)查询设备(巷道内)和巷道,监督生产进程和设备更新状况;
(7)对矿山进行进度监测,若矿山有设备可以探测巷道掘进情况,系统进行更新,然后每段时间根据实际资料更新一次。
7. 数据统计
譬如:可根据选定区域进行事故统计分析,可按不同的类型进行事故统计分
析,可按不同等级进行事故统计分析。
基于某中等城市的矿政“一张图”系统设计方案 1 矿政管理“一张图”的系统需求 首先,国土资源信息化是国民经济和社会信息化的重要组成部分。国土资源信息化是在国土资源调查评价、规划、管理、保护和合理利用等各项工作中广泛应用信息技术,深入开发、利用信息资源,加速实现地矿领域国土资源工作科学化与现代化的进程。其基本任务是实现国土资源调查评价、政务管理和社会服务三个工作主流程的信息化。
然而,各地在矿产管理方面目前还一直停留在手工的证照管理阶段,这样的管理方式效率极低,在资源回采率、保有储量动用、矿区各类税费征收等方面,根本无法及时反映出矿区生产的实际状况,降低了管理的质量。
再者,由于全国范围内陆续开展并完成了矿业权实地核查工作,取得了很多重要的成果。这些成果来之不易,但传统落后的管理方式,限制了对核查成果的管理和综合深入的应用,十分可惜。
这样的现状,决定了矿政管理要实现精细化,走信息化道路是必然选择。 2 矿政“一张图”系统的目标
矿产“一张图”系统的建设目标是建立该市矿政管理运行系统,形成“天上看、地上查、网上管”的矿政管理运行体系。
具体来说,就是在在矿业权实地核查成果基础上,集成基础地理、基础地质、高分辨率影像、储量核查、矿产资源规划、矿业权设置方案、矿业权设置单元、矿业权登记、储量登记等数据,以矿业权管理为重点,建设满足各级矿政部门的矿业权审批、查询统计、矿业权监管、数据管理、矿山三维展示等需求的矿政管理信息化系统,并实现市、县矿政数据的动态共享和应用; 同时形成矿政管理规范化、信息化管理体系,指导矿政管理工作,为全市矿政管理信息化系统建设提供经验与技术保障。
3 矿政管理数据库基础
该市矿政管理信息化建设以“金土工程”和“数字国土”为依托,立足于网络、数据库和应用系统建设,信息化基础建设明显改善,应用水平显著提高。目前,该市已经形成了资源储量登记统计数据库、两权登记数据库、储量空间数据库、矿产资源利用现状调查数据库、矿产资源规划数据库、矿产资源潜力评价数据库、矿产资源开发利用方案数据库等多种矿政管理数据库。这些数据库的建设,提高了行政办事效率,为矿产资源管理发挥了巨大作用。但是,由于各数据库之间互相独立,没有统一平台,存在各数据库之间信息不一致、存储冗余等问题, 急需建立统一平台,对这些数据进行集成管理。同时,已经完成的矿业权核查和正在进行的储量核查工作,为“一张图管矿”建设提供了技术支撑。
4 技术思路
4.1 总体思路
矿政“一张图”系统将集成基础地理、基础地质、高分辨率遥感影像、矿产资源储量核查、矿产资源规划、矿业权实地核查、矿业权设置方案、矿业权设置单元、矿业权登记、矿产资源储量登记、矿山日常监管、矿业权区块出让及建设项目压覆矿产等各类数据,并围绕这些数据实现矿业权审批、查询统计、矿业权监管、综合应用、三维矿山及数据管理等应用。查询统计和综合应用主要对“一张图”数据进行查询、分析与挖掘,获取专题与综合分析结果,并将相关功能封装成服务,供矿业权审批和矿业权监管等管理型应用访问调用;三维矿
山实现矿山动态三维可视化,更直观地表达矿山的空间环境,为领导决策、安全生产、矿山技术培训及矿井优化设计等服务;数据管理系统依据数据标准规范体系对矿政综合数据库进行维护管理,按照更新机制对数据库进行动态更新,使数据的保持现势性,确保查询统计分析结果的准确有效。
4.2 系统结构
矿政“一张图”系统结构如图1所示。
图1 系统结构示意图
(1)网络层
在网络层上,依托于该市国土部门局域网网支撑业务系统内部运行;依托国土资源专网支撑纵向联动。
(2)数据层
以该市国土矿政各类数据为核心,依托成熟的数据库管理系统和GIS 数据管理平台建立数据中心,按照统一的标准,建设“一张图管矿”综合数据库,由矿政管理数据库、矿政专题数据库、基础数据库、元数据库、平台支撑数据库等,提供系统运行所需的数据支撑。
(3)平台层
基于GIS 技术、工作流技术及BI(商业智能) 技术等建设矿产“一张图”系统基础平台,作为矿政管理信息化系统的搭建和运行平台。
(4)应用层
在业务层上,围绕矿政管理部门的矿业权审批、查询统计、矿业权监管、综合应用、矿山三维展示等矿政管理和办公需要,建设“一张图管矿”系统。
(5)安全保障体系
安全保障体系为网络层、数据层、平台层、应用层等层次提供安全保障。
(6)标准规范体系
在数据存储、处理、信息输出以及信息系统开发和应用、网络建设、信息安全等相关工作中实施的标准化管理。
4.3 数据设计
4.3.1 数据内容
矿政“一张图”系统统一采用二调影像为底图,从基础地理数据、基础地质数据、矿产资源规划数据、矿产资源储量核查数据、矿业权实地核查数据、矿业权设置单元数据、矿业权设置方案数据、矿业权登记数据、矿产资源储量登记数据、矿山日常监管数据、矿业权区块出让数据、建设项目压覆矿产数据等数据中抽取、转换、清洗、加载过程提取出所需数据,按照统一空间坐标、统一标准、统一格式进行数据加工、整理、入库而形成市、县统一的矿政综合数据库。
(1)基础数据
基础数据主要包括基础地理数据库、遥感影像数据库、基础地质数据库等,主要作为一张图的背景底图。
(2)专业数据
主要包括矿产资源在调查和规划、评价过程中产生的数据,包括矿产资源规划数据库、矿产资源储量核查数据库、矿业权实地核查数据库、矿业权设置单元数据库、矿业权设置方案数据库等。
(3)管理数据
主要包括矿产资源日常管理过程产生的数据,随管理业务实时更新,包括矿业权登记数据库、矿产资源储量登记数据库、矿山日常监管数据库、矿业权区块出让数据库、建设项目压覆矿产数据库等。
4.3.2 数据整合建库
矿政综合数据库包含的数据内容丰富、来源多样,数据标准、模型、格式、精度、存储形态等存在较大差异,需要将种类繁多、数据量巨大的矿产数据库集成整合为支撑矿产资源管理信息化的综合数据库。按照统一空间参考、统一标准、统一格式,根据矿产资源监管需求将上述的基础数据及专业数据中的各数据库中数据进行清洗、转化、抽取、整合,加载到矿政综合数据库中进行统一存储管理。管理数据中的数据存放在各自的业务系统中,由各管理系统进行维护更新,采用接口调用的方式进行管理,从而实现矿政数据的整合。数据整合建库工作包括以下步骤:
(1)数据收集分析;(2)数据标准与实施规范制定;(3)数据整合;(4)数据质量检查;(5)三维模型构造;(6)数据入库。
4.3.3数据管理模式
据初步估算,该市矿政综合数据库数据总量将达到TB 级,并且随着数据更新和缓存建立数据量将不断增长。因此,一张图数据库必须采用大型关系数据库和强大的地理信息系统软件才能满足对海量数据的管理需要。考虑到Oracle 数据库管理系统对管理海量数据具有的优势,地理信息系统软件ArcGIS 处理海量地理信息数据方面的强大功能,因此,一张图综合数据库采取Oracle+ArcGIS模式进行数据管理,设计与开发的总体技术要求如下:
(1)统一坐标系。数据库各类数据源采用的空间坐标系不统一,在建库前,需要确定统一坐标系,把各类数据进行坐标转换。考虑到应用的需求,在存储时可采用大地坐标系,在应用的时候,如果必须要使用投影坐标系统,如量测面积等,则可以将数据动态投影为投影坐标系统。
(2)数据的拼接。为满足的应用需求,对于各类空间数据,数据入库前必须进行必要的拼接,拼接方式可按行政区划。
(3)统一基础底图。根据应用需求,建议选择系列比例尺基础底图,基础底图为基础层的数据。在统一底图上进行数据叠加和集成。
(4)统一数据存储环境。空间数据统一采用Oracle +ArcSDE 管理模式,非空间数据统
一采用Oracle 存储管理。
(5)数据库建模。根据应用需求,对各类数据库进行梳理,提取进入综合数据库的数据内容,利用可视化建模工具,分别建立各类数据库的可视化要素模型,最终汇总成矿政“一张图”综合数据库模型。
(6)数据入库。根据综合数据库建设模型,在Oracle +ArcSDE 环境中,建立数据库结构,导入各类数据。
(7)数据存储策略。采用Oracle 分区技术,将大表及其索引通过分区的形式分割为若干较小、可管理的小块,并且每一分区可进一步划分为更小的子分区。通过对表进行分区,提高数据访问和获取速度,改善数据库的性能。
(8)ArcSDE 性能调整。建立合理空间索引和属性索引,提高数据查询效率。
5 结语
文章主要简单阐述了矿政“一张图”系统的目标、工作基础,并将矿业权实地核查数据与矿产资源规划等多个数据库进行集成与设计,给出了建设矿产“一张图”系统应用系统的总体思路、系统结构。系统的网络结构设计拟采用B/S结构,目标为集成基础数据、专业数据和管理数据,旨在提供查询统计、数据管理等功能。
矿政“一张图”系统针对矿政管理工作的实际需求,在信息化建设背景下,为完善矿政管理工作提供了一条新思路,为矿政管理科学化、精细化提供服务。