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[摘要]针对煤矿企业生产管理智能化问题，分析了地测空间信息系统对煤矿设计、生产、安全、管理等领域的支撑作用。在此基础上，结合目前较典型的MsGIS系统，讨论了煤矿地测空间信息系统总体架构、基本功能与应用流程等问题。最后，指出了当前地测空间信息系统应用中面临的主要问题，并给出了相应对策。
[关键词]煤矿 空间信息系统 地质测量
[中图分类号] X752 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-129-2
1引言
受限于诸多历史因素，我国煤矿企业仍沿用粗放型的管理方式[1-3]，数字化、网络化、信息化等基础设施建设水平滞后，难以建立统一的标准体系、便捷的信息共享机制。因此，以地测空间信息系统建设为牵引[2]，推进煤炭企业的信息化升级应用具有重要的现实意义。
2煤矿地质测量对空间信息系统的应用需求
煤矿地质测量是采掘与生产安全、顺利进行的基本保证，利用传统的人工（半人工）的手段收集、处理、分析地质测量数据资料将无法满足现代煤矿企业自动化、信息化的生产现状，因此引入地测空间信息系统是各煤矿企业的必然选择[4]。
地测空间信息系统是基于地理信息系统（GIS：Geographical Information System）的实现，囊括地质勘查、专业测量图形与属性数据等内容的集成统一的计算机系统。可见，其并非仅仅为煤矿而生，广泛应用于地质勘探、矿山地质、国土调查等领域[4]。就煤矿应用而言，空间信息系统通常集数据管理、专业计算、矿图自动生成于一体，能依据地测数据自动生成采掘工程平面图、钻孔柱状图、煤岩层对比图、勘探线剖面图、底板等高线及储量计算图、巷道素描图、水平切面图、立面投影图等，同时可根据最新的地测数据动态修改相关图件。同时，系统可集成基于B/S（Browser/Server）或C/S（Client /Server）服务器架构的信息共享，实现远程、在线的基础数据添加、编辑、管理、查询等扩展功能，能更为精准、便捷的支撑企业内部各部门、企业与主管单位的生产决策与管理工作[5]。
综上，煤矿企业利用空间信息系统的基础信息数据共享，不但可以高效支撑采矿设计、经营决策、智能化管理，而且可以有效预防与治理地质、安全生产事故。同时，模块化、数字化的煤矿基础图件数据在快速、准确分析与处理井下突发事件中更具优势。
3煤矿地测空间信息系统的基本架构与功能
从目前煤矿实际应用来看[1-5]，煤矿地测空间信息系统在业务域通常包含如下子系统：测量数据库系统、地质图形系统、地质数据库系统、测量图形系统、辅助管理系统等。同时，上述子系统又可进一步细分为：地质管理、测量管理、储量管理、水文管理、档案管理以及其它專业管理等，这些子功能相互联系，共同统一于整个系统中，发挥各自的功能，保证管理系统的正常运行。
在系统架构的视角下，煤矿地测空间信息系统具有鲜明的层次性：用户界面层、业务逻辑层、数据存储层。用户界面层用于数据的输入、数据的采集、分析、查询、统计等结果的显示。业务逻辑层的主要功能是实现对数据的查询、更新、统计、分析、计算、发布等等。数据存储层用于元数据的管理、数据表的管理、存储、数据安全管理以及数据的其它事物处理。图1给出了煤矿企业应用地测空间系统的一般流程。
目前，地测空间信息系统产品较多[5]，本文难以逐个分析。考虑到这些系统在功能上具有一致性与同质性，本文仅以煤炭科学研究总院研制的MsGIS地测空间信息系统为例，分析其各功能应用的特点与相互关联性。
MsGIS系统在数据库子系统划分上具备自身特色，更加专业与细致。其主体功能分布于地质数据库管理、测量数据库管理、水文数据库管理、储量（三量）数据库管理、地质图形、测量图形、素描图形等子系统之中。具体分析如下：
①测量数据库子系统。收集维护标定与结算数据、井上与井下各项测量基础数据，为系统后续的动态、适时填图（制图）提供支持。
②地质数据库子系统。收集维护钻孔、勘探、断层、勘探等基础地质数据，为系统进一步的查询、管理、动态成图等功能提供支持。
③储量数据库子系统。与其它数据库相互配合，维护储量与管理的相关信息，其更侧重于生产管理方面。例如：不同阶段的出煤量、损失量、回采量、探煤厚度等，为回采率、储量与产量的平衡分析等提供数据支持。
④水文数据库子系统。收集维护测量获得的涌水、水源井、长观孔、突水、抽水的空间位置、流量等水文资料，并进一步纳入水质、防水等相关信息，以支撑数字图形绘制等。
⑤平面图子系统。其是整个地测空间系统的核心模块，以上述数据库系统为基础，完成数据的图像化的直观显示，并且加入诸多分析功能，实现系统能力的整体提升。
其核心功能如下：自动测量指定区域面积、储量段块的计算与色彩绘制等；依据三角网或矩形网等地质模型，动态生成煤层底板的等值线、等高线等图例，估计并绘制断层等复杂地质结构的对盘等高线等；实时调取并显示回采、掘进等工作面的精确数据，并支持任意比例尺与间距粒度、追加、删除、移动、旋转的便捷调整；能够处理诸如地层与断层楔形相交等复杂问题，并自主修改与配置勘探线；自动生成水文图例与相关曲线标注等；实现剖面图与平面图的动态生成、交流与修改；完善的煤层厚度、煤化学表、底板标尺等钻孔资料位置、边界的标注与标记；可变的地理坐标系，实现对数字化地质与地震剖面的精确处理；实现顶煤、低煤、采空推断估计煤层厚度与状态，地层中巷道断面的完善绘制。
⑥测量图子系统。在某种意义上，测量图子系统依附于平面图子系统而运行，更加侧重于日常地测业务的使用，处于整个地测信息系统的较高层级。
其核心功能如下：系统坐标支持自动、默认与手动输入等设置方式，实现极坐标与其它坐标系的便捷切换，支持比例尺的自主调整；处理不同数据刻画的硐室（如硐口、硐中、硐尾，极坐标等），快速计算用户指定空间的面积、煤层倾角等信息；处理曲线等复杂巷道的平面、空间、相交等信息（如变化的巷道半径、宽度等）；实现地形图、标准分幅图、采掘图、通用图板等图例在边界、颜色、标注等属性域的统一。 4地测空间信息系统应用中存在的问题分析
目前，我国煤矿地质测量空间系统已初步具备了煤矿生产地测资料的常规编制功能[3，5]，但无论是功能还是内容均不够完善，仍然不足以全满足现场操作和管理人员的工作需求。未来，煤矿地测空间信息系统应进一步向设计、通风、安全、管理等一体化的方向演进[4，5]。面临的主要挑战如下：
4.1数据信息获取问题
随着勘探测量技术的不断进步，由传统单一的钻探发展为全球定位、数字影像、遥感技术、三维探查、地面物探等手段为一体的集成化、立体化的地测模式。煤矿地测空间信息系统在设计时应深度整合上述测量手段获得的基础数据，进一步拓宽信息获取渠道。
同时，地质测量空间信息系统应重视信息融合工作，将多源、多维的实测信息集成、叠加起来，提取新信息数据；并且，利用动态的对比、分析、交互等方法，实现元数据的去模糊化，进一步扩展信息收集与利用的广度与深度，充分发掘隐藏在海量数据下的信息资源。着重解决好矿井物探、地面物探、瓦斯数据、测井资料、地压等多角度信息渠道的整合，并重视图、文、声像、动画等可视化表现媒介在地测空间信息系统中的应用。
4.2智能决策支持问题
地测空间信息系统建设的初衷即为了更好的服务生产、管理等领域，为企业决策提供科学、精确的信息支持。煤矿地测空间信息系统基于大量的实测数据可自动、方便的对生产相关的多数关键问题进行分析预测。例如：灾害分布、类型与等级，灾情演化、损失与应对措施等。并且，地测空间信息系统可进一步結合企业运行的历史数据、虚拟现实技术、安全模型等资料，给管理者提供实时、直观、有效的决策建议，减少决策的盲目性。上述内容都是煤矿地测空间信息系统智能化发展的新方向。
4.3系统功能集成问题
从企业管理角度来看，地测空间信息系统是企业信息化管理系统的子系统。可见，地测空间信息系统不但面临功能向下集成的问题，而且面临着与其它子系统的横向互联集成、业务功能信息向上集成的问题。
因此，在建设地测空间信息系统时应考虑到与煤矿企业安全监测系统、生产经营管理系统、采掘技术支持系统、设计计划服务系统等友系统的集成需求。在系统设计时应注意预留数据接口、功能兼容、权限集中分配等问题。地测空间信息系统应以精确的信息、丰富的表现、科学的分析能力更好的提升煤矿企业的生产管理效率。
5结论
煤矿地质测量空间信息系统，使煤矿地质测量信息采集的多源化、管理的网络、决策支持的智能化，以及与其它系统的集成得到了实现，具有地质测量数据的采集、维护、分析、处理、查询、交互与共享等核心功能，将成为煤矿企业信息化建设的重要方向。
参考文献
[1]姜在炳.煤矿地质测量空间信息系统及其发展趋势[J].煤田地质与勘探.2005，（4）：68-71.
[2]萨贤春，姜在炳，孙涛等. 煤矿地测信息系统（MSGIS） [J].地质论评，2010， （增刊）：32-35.
[3]陈佳富.某煤矿地质勘探技术及运用的探讨[J].科技与生活，2011，（11）：22-26.
[4]孙瑛琳.空间信息系统在煤矿地质测量的关键技术研究[J]，煤炭技术，2010，（2）：56-58.
[5]苏艳民.地测空间信息系统在煤矿地质测量中的应用探索[J]，黑龙江科技信息，2011，（19）：12-15.
[关键词]煤矿 空间信息系统 地质测量
[中图分类号] X752 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-129-2
1引言
受限于诸多历史因素，我国煤矿企业仍沿用粗放型的管理方式[1-3]，数字化、网络化、信息化等基础设施建设水平滞后，难以建立统一的标准体系、便捷的信息共享机制。因此，以地测空间信息系统建设为牵引[2]，推进煤炭企业的信息化升级应用具有重要的现实意义。
2煤矿地质测量对空间信息系统的应用需求
煤矿地质测量是采掘与生产安全、顺利进行的基本保证，利用传统的人工（半人工）的手段收集、处理、分析地质测量数据资料将无法满足现代煤矿企业自动化、信息化的生产现状，因此引入地测空间信息系统是各煤矿企业的必然选择[4]。
地测空间信息系统是基于地理信息系统（GIS：Geographical Information System）的实现，囊括地质勘查、专业测量图形与属性数据等内容的集成统一的计算机系统。可见，其并非仅仅为煤矿而生，广泛应用于地质勘探、矿山地质、国土调查等领域[4]。就煤矿应用而言，空间信息系统通常集数据管理、专业计算、矿图自动生成于一体，能依据地测数据自动生成采掘工程平面图、钻孔柱状图、煤岩层对比图、勘探线剖面图、底板等高线及储量计算图、巷道素描图、水平切面图、立面投影图等，同时可根据最新的地测数据动态修改相关图件。同时，系统可集成基于B/S（Browser/Server）或C/S（Client /Server）服务器架构的信息共享，实现远程、在线的基础数据添加、编辑、管理、查询等扩展功能，能更为精准、便捷的支撑企业内部各部门、企业与主管单位的生产决策与管理工作[5]。
综上，煤矿企业利用空间信息系统的基础信息数据共享，不但可以高效支撑采矿设计、经营决策、智能化管理，而且可以有效预防与治理地质、安全生产事故。同时，模块化、数字化的煤矿基础图件数据在快速、准确分析与处理井下突发事件中更具优势。
3煤矿地测空间信息系统的基本架构与功能
从目前煤矿实际应用来看[1-5]，煤矿地测空间信息系统在业务域通常包含如下子系统：测量数据库系统、地质图形系统、地质数据库系统、测量图形系统、辅助管理系统等。同时，上述子系统又可进一步细分为：地质管理、测量管理、储量管理、水文管理、档案管理以及其它專业管理等，这些子功能相互联系，共同统一于整个系统中，发挥各自的功能，保证管理系统的正常运行。
在系统架构的视角下，煤矿地测空间信息系统具有鲜明的层次性：用户界面层、业务逻辑层、数据存储层。用户界面层用于数据的输入、数据的采集、分析、查询、统计等结果的显示。业务逻辑层的主要功能是实现对数据的查询、更新、统计、分析、计算、发布等等。数据存储层用于元数据的管理、数据表的管理、存储、数据安全管理以及数据的其它事物处理。图1给出了煤矿企业应用地测空间系统的一般流程。
目前，地测空间信息系统产品较多[5]，本文难以逐个分析。考虑到这些系统在功能上具有一致性与同质性，本文仅以煤炭科学研究总院研制的MsGIS地测空间信息系统为例，分析其各功能应用的特点与相互关联性。
MsGIS系统在数据库子系统划分上具备自身特色，更加专业与细致。其主体功能分布于地质数据库管理、测量数据库管理、水文数据库管理、储量（三量）数据库管理、地质图形、测量图形、素描图形等子系统之中。具体分析如下：
①测量数据库子系统。收集维护标定与结算数据、井上与井下各项测量基础数据，为系统后续的动态、适时填图（制图）提供支持。
②地质数据库子系统。收集维护钻孔、勘探、断层、勘探等基础地质数据，为系统进一步的查询、管理、动态成图等功能提供支持。
③储量数据库子系统。与其它数据库相互配合，维护储量与管理的相关信息，其更侧重于生产管理方面。例如：不同阶段的出煤量、损失量、回采量、探煤厚度等，为回采率、储量与产量的平衡分析等提供数据支持。
④水文数据库子系统。收集维护测量获得的涌水、水源井、长观孔、突水、抽水的空间位置、流量等水文资料，并进一步纳入水质、防水等相关信息，以支撑数字图形绘制等。
⑤平面图子系统。其是整个地测空间系统的核心模块，以上述数据库系统为基础，完成数据的图像化的直观显示，并且加入诸多分析功能，实现系统能力的整体提升。
其核心功能如下：自动测量指定区域面积、储量段块的计算与色彩绘制等；依据三角网或矩形网等地质模型，动态生成煤层底板的等值线、等高线等图例，估计并绘制断层等复杂地质结构的对盘等高线等；实时调取并显示回采、掘进等工作面的精确数据，并支持任意比例尺与间距粒度、追加、删除、移动、旋转的便捷调整；能够处理诸如地层与断层楔形相交等复杂问题，并自主修改与配置勘探线；自动生成水文图例与相关曲线标注等；实现剖面图与平面图的动态生成、交流与修改；完善的煤层厚度、煤化学表、底板标尺等钻孔资料位置、边界的标注与标记；可变的地理坐标系，实现对数字化地质与地震剖面的精确处理；实现顶煤、低煤、采空推断估计煤层厚度与状态，地层中巷道断面的完善绘制。
⑥测量图子系统。在某种意义上，测量图子系统依附于平面图子系统而运行，更加侧重于日常地测业务的使用，处于整个地测信息系统的较高层级。
其核心功能如下：系统坐标支持自动、默认与手动输入等设置方式，实现极坐标与其它坐标系的便捷切换，支持比例尺的自主调整；处理不同数据刻画的硐室（如硐口、硐中、硐尾，极坐标等），快速计算用户指定空间的面积、煤层倾角等信息；处理曲线等复杂巷道的平面、空间、相交等信息（如变化的巷道半径、宽度等）；实现地形图、标准分幅图、采掘图、通用图板等图例在边界、颜色、标注等属性域的统一。 4地测空间信息系统应用中存在的问题分析
目前，我国煤矿地质测量空间系统已初步具备了煤矿生产地测资料的常规编制功能[3，5]，但无论是功能还是内容均不够完善，仍然不足以全满足现场操作和管理人员的工作需求。未来，煤矿地测空间信息系统应进一步向设计、通风、安全、管理等一体化的方向演进[4，5]。面临的主要挑战如下：
4.1数据信息获取问题
随着勘探测量技术的不断进步，由传统单一的钻探发展为全球定位、数字影像、遥感技术、三维探查、地面物探等手段为一体的集成化、立体化的地测模式。煤矿地测空间信息系统在设计时应深度整合上述测量手段获得的基础数据，进一步拓宽信息获取渠道。
同时，地质测量空间信息系统应重视信息融合工作，将多源、多维的实测信息集成、叠加起来，提取新信息数据；并且，利用动态的对比、分析、交互等方法，实现元数据的去模糊化，进一步扩展信息收集与利用的广度与深度，充分发掘隐藏在海量数据下的信息资源。着重解决好矿井物探、地面物探、瓦斯数据、测井资料、地压等多角度信息渠道的整合，并重视图、文、声像、动画等可视化表现媒介在地测空间信息系统中的应用。
4.2智能决策支持问题
地测空间信息系统建设的初衷即为了更好的服务生产、管理等领域，为企业决策提供科学、精确的信息支持。煤矿地测空间信息系统基于大量的实测数据可自动、方便的对生产相关的多数关键问题进行分析预测。例如：灾害分布、类型与等级，灾情演化、损失与应对措施等。并且，地测空间信息系统可进一步結合企业运行的历史数据、虚拟现实技术、安全模型等资料，给管理者提供实时、直观、有效的决策建议，减少决策的盲目性。上述内容都是煤矿地测空间信息系统智能化发展的新方向。
4.3系统功能集成问题
从企业管理角度来看，地测空间信息系统是企业信息化管理系统的子系统。可见，地测空间信息系统不但面临功能向下集成的问题，而且面临着与其它子系统的横向互联集成、业务功能信息向上集成的问题。
因此，在建设地测空间信息系统时应考虑到与煤矿企业安全监测系统、生产经营管理系统、采掘技术支持系统、设计计划服务系统等友系统的集成需求。在系统设计时应注意预留数据接口、功能兼容、权限集中分配等问题。地测空间信息系统应以精确的信息、丰富的表现、科学的分析能力更好的提升煤矿企业的生产管理效率。
5结论
煤矿地质测量空间信息系统，使煤矿地质测量信息采集的多源化、管理的网络、决策支持的智能化，以及与其它系统的集成得到了实现，具有地质测量数据的采集、维护、分析、处理、查询、交互与共享等核心功能，将成为煤矿企业信息化建设的重要方向。
参考文献
[1]姜在炳.煤矿地质测量空间信息系统及其发展趋势[J].煤田地质与勘探.2005，（4）：68-71.
[2]萨贤春，姜在炳，孙涛等. 煤矿地测信息系统（MSGIS） [J].地质论评，2010， （增刊）：32-35.
[3]陈佳富.某煤矿地质勘探技术及运用的探讨[J].科技与生活，2011，（11）：22-26.
[4]孙瑛琳.空间信息系统在煤矿地质测量的关键技术研究[J]，煤炭技术，2010，（2）：56-58.
[5]苏艳民.地测空间信息系统在煤矿地质测量中的应用探索[J]，黑龙江科技信息，2011，（19）：12-15.