煤矿地测综合管理信息系统研究.pdf

中国矿业大学学报990 50 5 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第28卷 第5期 Vol.28 No.5 1999 煤矿地测综合管理信息系统研究* 张海荣‧毛善君 许友志 张迎弟 冯恩杰 李万忠 摘要 全面、系统地分析了矿山地测综合管理信息系统的构成和信息特点，介绍了矿 山地测信息系统的需求分析方法和网络化管理设计，进而提出了矿山地测综合管理信 息系统的总体目标，为软件系统的设计、实现提供了基础. 关键词 地理信息系统，综合管理，需求分析，总体目标 中图分类号 T P 319, F 2 7 3 Research on Comprehensive Management of GIS for Coal Mines Zhang Hairong Mao Shanjun ‧Xu Youzhi College of Mineral Resource and Environment Sciences, CUMT, Xuzhou, Jiangsu 221008 Research Institute of Remote Sension Technology and GIS, Beijing University, Beijing 100871 Zhang Yingdi Feng Enjie Li Wanzhong Yanzhou Corporation of Mining Group, Zhoucheng, Shandong 273512 Abstract Characteristics and components of the comprehensive management of GIS for coal mine are analyzed systimatecally. The demand analysis and the design of network management are introduced. And the overall object of GIS for coal mine is put forward, which proieds a foundation for the design and realization of software. Key words GIS, geological and survey ination, requirement analysis, overall object 从8 0 年代开始, 地理信息系统 G I S 在煤矿空间信息管理中的理论和应用研究有了较 大发展［1～4］. 但是综合研究煤矿空间信息管理并成功运用G I S理论与技术的情况还不 多. 国内外的G IS软件 A RC/ I n f o , M a p t i u d e , G e o St a r 等 , 无论是实用型还是工具型, 都难以适 应煤矿空间信息管理. 地测空间数据是以一定的格式化的形式来表达地质体与施工于地质体上的工程的 空间位置及其形态的数字、符号、语言描述等，而地测空间信息是由地测空间数据反 映出来的约定的地测含义. 地测信息是一个动态积累的过程，是一种时间序列数据，从资源勘探阶段、矿井 开拓阶段到生产阶段，地测信息量越来越大，反映客观现象的准确程度越来越高. 地测 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 1／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 信息要求长期保存，随时调用，进行综合分析. 1 矿山地测信息分析 1. 1 矿山地测信息的来源、特征 矿山地测信息包括的内容相当广泛，如何分析、概括地测信息，理解地测信息系 统的特点及各个组成部分之间的联系，是建立地测信息综合管理系统的关键. 从涉及的专业上看，地测信息包括地质、测量、水文、储量、三量5个方面. 从时间上看，煤矿地测信息包括资源勘探阶段的钻探、物探、野外地质调查、矿 山地面测量，建设和生产阶段的大量开拓和采掘工程所揭露的地质、测量资料. 地测信息的来源依据不同的时期可分为资源勘探阶段的地测信息、建井阶段的地 测信息和生产时期的地测信息. 在资源勘探阶段，地测信息的获取主要是依靠平面三角 测量与钻探、物探方法，在有露头出露的地区还有地表观测资料. 在建井时期，主要为 补充钻探与测量资料、井筒资料及井下巷道实际揭露的资料. 生产时期的信息主要包括 各种岩巷（石门、上下山）、煤巷揭露的资料、井下物探资料和井下施工的钻孔，以 及相应的工程测量数据. 从资源勘探阶段到生产时期，随着工作量的增加，地测信息越 来越丰富，对于地质体的控制程度、控制精度越来越高. 但为获取这些地测信息的代价 也相应增加了. 因此，如何有效管理、利用获得的资料，最大限度地提高经济效益，成 为地测空间信息管理的一个重要内容. 从信息处理的角度看，地测信息有与其它信息相同的基本特征 1 地测信息具有表征性. 地测信息是表征地质体状态、属性的一种普遍形式，这也 是信息的一个基本特征. 地测信息对地质体的形状、变化规律（尽管是不完善的）等各 个方面进行描述. 2 地测信息具有可用性、可处理性和可替代性. 钻探、物探、实地观测都是信息获 取的过程，而地测工作者的推断、计算或计算机处理是地测信息的处理过程. 3 地测信息有可传递性，可存储性和共享性. 4 地测信息与其表示符号的不可分离性和地测信息的可转换性. 5 地测信息是地测工作者主观重新定义的数据，所以是与地测工作者的主观愿望 相联系的. 除了上述基本特征外，地测信息还有与其它信息不同的特点（表1）. 表1 地测信息的特点 T a b l e 1 Ch a r a c t e r i s t i c s o f g e o l o g i c a l a n d s u r v e y i n f o r m a t i o n 一般信息系统地测信息系统 . 工作级和管理级数据 . 决策监控、规划、管理级数据 . 用于生产管理，允许更新 . 用于查询、分析、决策、支持，一般不允许更新 . 数据总量比较固定 . 数据逐年增加，形成时间序列数据 . 数据源确定，数据较准确 . 数据准确程度相对较差（测量数据除外），数据范围变化大 . 数据处理方式和流程比较固定 . 数据分析方式灵活多样 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 2 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 . 保存当前数据 . 保存当前和历史数据 . 数据间联系相对简单 . 数据间联系复杂多样 相比较其它信息系统中信息处理而言，矿山地测信息系统中的地测信息处理难度大， 这与传统的地测数据表示形式、表示方法和地质体质体的复杂性有很大关系. 分析目前记 录地测信息的形式，主要存在以下问题 1 非地测数据过多，占用了计算机的资源. 地测信息的存储及处理的目的是为生产服 务，过多的非地测数据增加了数据管理人员的精力，也使计算机在存储及数据库连接方面 效率低下. 2 数据项不明确，难以被计算机提取、处理. 3 数据记录格式无统一标准和规范. 虽然总体上类似，但涉及具体细节时，因人而 异、因地而异, 从而导致地质信息管理系统难以推广, 地测信息自动交换不便. 4 地测信息表达重复, 冗余度大. 5 各矿井必须遵守其所在矿务局的局内标准，这阻碍了计算机管理信息的推广使用， 造成不同的矿务局甚至不同的矿井必须有不同的管理信息系统. 也就是系统设计、开发人 员必须向人靠拢，而不是相互协调. 从表现形式上看，地测信息可概括为两类，一类为图形，主要以图的形式记录、分 析、传递数据；另一类一文字或数字表示，以文字资料、表格的形式记录、分析传递数 据. 针对这两类不同形式的信息，需采取图形系统和数据管理系统来管理，或采取综合管 理. 这在一定程度上反映了系统的复杂性. 1. 2 综合管理 地测信息是矿山信息系统的基础. 但地测信息又由各种数据组成，它们之间既相互独 立又是用来反映地质体客观事实的一个统一整体. 在矿山地测信息管理方面，有许多人作过研究. 如198 5年中国矿业大学地质系承担的 原煤炭部生产司项目“煤炭储量计算及管理系统”，198 6 年北京矿务局地质勘探队与山东 矿业学院地质系协作开发的“煤田地质资料存储、管理与数学地质计算系统”，198 7 年中 国矿业大学地质系完成的原煤炭部计算中心项目“煤矿地质测量信息系统的总体设计”， 以及1992 年由煤炭科学院西安分院与平顶山矿务局地测处合作研制的“平顶山矿务局局矿 两级地质测量信息系统”. 由于计算机软硬件的限制，虽然这些研究成果代表了当时的先进水平. 但由于存在以 下问题，而不能推广这些成果 1 系统性差 数据库的建立仍是分散的、局部的工作. 信息管理系统只考虑了某一专 业的一个方面，没有统一分析地质、测量、水文、储量、三量各方面数据之间的相互联 系，也没有为矿井管理与规划设计、矿井通风、机电等与生产管理有关的其它部门的提供 接口. 从而造成数据重复录入. 2 使用的数据库管理系统语言落后 过去的数据库管理系统一般采用关系型（如 Fo x b a s e ），这一方面导致界面不友好、操作困难，不易被现场地测工作者所应用. 另一方 面，在数据管理上，很难体现地测数据中的层次关系. 3 没有考虑空间位置信息 由于只考虑了非空间位置信息，所以在图形系统和数据管 理系统之间进行数据交换变得非常困难. 4 单机运行 随着计算机网络技术的发展，越来越多的用户要求系统在网络下运行. 地测信息系统是一个多成分、多层次、多功能的复杂系统. 系统的顺利运行依赖于其 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 3／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 内部各层次系统间的信息交换. 如描述地质体时，需要同时反映地质体的位置（测量信 息）、水文特征、储量等. 地测信息虽然由地测工作者收集、整理，进行分析、研究，但使用地测信息的部门 （用户）是众多的，几乎涉及到矿山管理的各个部门（图1）. 图1 地测信息系统用户示意图 Fi g . 1 U s e r s o f g e o l o g y a n d s u r v e y s y s t e m 因此，进行地测信息全面的综合分析，实行地测信息的综合网络化管理，十分必要. 2 需求分析 2 . 1 需求分析的目标和任务** 需求分析的任务就是通过对现行矿山地测信息系统的分析，综合考虑系统的信息需求 和操作功能，确定数据库中数据项之间的关系和应用需求. 需求分析的目标是由现行系统分析出严格准确的数据库中数据项定义字典和数据应用 任务，为数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计打下良好的基础，为全面设计数据库提 供可靠的依据. 2 . 2 需求分析的方法 需求分析首先要对当前人工系统进行分析. 可分为两个阶段，一是分析当前人工系统 的业务关系，业务流程和数据流程，对当前系统的业务职能和所需信息进行细致的分析； 二是在上一过程的基础上，抽象出当前人工系统的逻辑模型. 首先分析各业务部门职能以及完成各种职能的过程、方法和所需信息，并定义各业务 部门职能之间所需源信息及中间信息的传递关系. 其次，对当前系统进行抽象，使用如下方法 1 确定当前系统中地质、测量信息的基本来源及各职能部门所需的结果数据. 2 明确当前系统应该保存的信息（包括原始信息、中间信息、结果信息）. 3 确定当前系统的处理功能，包括信息输入、信息输出和业务职能. 4 定义上述三者之间的关系或联系. 5 用数据流程图表示上述四者得到的表示当前系统信息流动和加工处理等详细情况的 当前人工系统的逻辑模型. 目标系统是一个使用计算机管理信息的系统. 它的功能不能完全与当前人工系统一 致，而应该比当前人工系统更强. 在系统分析过程中，要确定系统的输入输出操作，在尽 可能的情况下，让用户做最少的事，获得最多的结果. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 4／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 在此基础上得出计算机管理系统的逻辑模型. 需求分析的结果，主要是定义了数据库 的应用、数据库的信息及应用操作，系统各组成部分 子系统 间的相互关系，编制数据项 定义字典和当前的系统逻辑模型（数据流图）. 2 . 3 网络化管理 由于使用地测信息的用户非常多，客观上要求地测信息管理系统是一个开放的、互联 的网络系统. 在这个多层次的系统中，对于同一事件或行为，不同层次上的子系统对信息 的内容和详细程度有不同的要求，来自基层的信息往往需要经过过滤，总结和归纳后提供 给中上层系统，形成金字塔形的层次结构 图2 . 图2 系统层次图 Fi g . 2 La y e r s o f t h e s y s t e m 地测信息系统间的关系实质上是信息和系统功能的提供者与接收者的关系，这种关系 自然体现在客户-服务器模式中 提供信息或服务的服务器，获得信息和应用功能的客户 . 网络信息系统的组合方式可按数据和应用功能的分布形式分为［5］ 1 全集中式，即把数据库、系统软件 D BM S 、全部集中在中央控制器. 客户系统只执 行用户界面功能，即获取用户指令并传达给服务器，显示执行结果. 2 数据集中式，服务器集中提供数据存储和管理服务，网络系统中其它部分作为数据 客户. 3 功能集中式，与数据集中式相反，功能集中式把系统的大部分功能集中在服务器 上，数据则分散在各客户端. 4 全分布式，各子系统具有完整的数据库及其它应用软件，同时扮演服务器和客户的 角色. 5 函数服务器，把优化的功能函数存储在中央服务器上，通过网络按用户需求动态合 成应用软件，并使其在客户机上运行. 地测信息在信息网络上传输时要求能够保证安全，需要对用户的权限进行限制. 网络 系统的实现方式可以采用O r a c l e 或Sy b a s e 等具有网络通信能力的数据库管理系统来实现. 2 . 4 用户界面 任何应用程序的外观 或称用户界面 都是一个系统最直观的体现，对最终的用户来说 它是最重要的方面. 矿山地测工作很早就引进计算机进行管理，但由于开发的有关软件的 界面不友好而不被地测工作者所接受，实际上计算机管理成为文字处理. 因此，在设计用 户界面时，必须以用户为中心，综合考虑如下内容1 直观操作；2 将控制权交给用 户；3 宽容性；4 保持屏幕清洁；5 前后一致； 6 提示帮助； 7 使用矿山地测工作者熟 悉的术语. 3 系统总体目标 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 5／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 在充分分析系统的功能和信息组成的基础上，系统的总体目标如图3所示. 系统的设计 符合数据库管理的基本原理，满足网络传输的要求. 信息管理系统的基本功能包括数据的 录入、插入、删除、修改、显示、查询、数据传输和打印输出等功能. 系统中的数据通过 集成，形成图形管理系统中需要的基本绘图数据，从而形成完整的系统. 图3 系统总体目标 Fi g . 3 M a i n t a r g e t o f t h e s y s t e m 4 结束语 煤矿地测空间信息不但具有多来源、多数量、多类型、多维数等特征，而且在信息处 理方面具有较大的特殊性. 运用G I S的理论和分析方法，在克服了过去单一分析和管理煤矿 信息的基础上，采用综合分析, 一体化设计，统一开发，形成了煤矿地测综合信息综合管 理信息系统. 所开发的软件在兖州矿务局东滩煤矿得到了较好的应用. *国家自然科学基金资助项目（498 7 2 0 56 ） **刘兰丰，梁党卫. 勘探数据库设计. 第五届全国数学地质会议报告论文 第一作者简介 张海荣，男，196 8 年生，工学硕士，讲师 作者单位张海荣‧许友志 中国矿业大学资源与环境科学学院 江苏徐州 2 2 10 0 9 毛善君 北京大学遥感技术与地理信息系统研究所 北京 10 0 8 7 1 张迎弟 冯恩杰 李万忠 兖州矿业集团公司东滩煤矿 山东邹城 2 7 3512 参 考 文 献 1 郭达志，盛业华，余兆平等. 地理信息系统基础与应用. 北京煤炭工业出版社，1997 . 2 ～3 2 郭达志，余兆平. 地理信息系统在矿山的应用. 测绘学报, 198 9, 18 1 2 58 ～2 6 4 3 许友志, 韩金炎, 丁广成. 论中国煤矿地质测量系统. 煤田地质科技情报, 1992 , 2 1～12 4 许友志, 毛善君. G I S在回采工作面动态管理中的应用研究. 中国矿业大学学报, 1997 , 2 6 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 6 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9 中国矿业大学学报990 50 5 2 2 4～2 8 5 李 斌. 计算机网络技术与城市地理信息系统. 见 宫鹏主编，城市地理信息系统方法 与应用. Be r k e l e y , U SA 中国海外地理信息系统协会, 1996 ，35～41 收稿日期1998 -12 -0 4 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 50 5. h t m （第 7 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 0 9