焦步青
（中煤平朔集团有限公司 地质测量中心 山西 朔州 036000）
中煤平朔集团有限公司作为中煤能源集团公司旗下的核心生产企业，是我国规模最大的露井联采煤炭企业，建矿30 多年来积累了大量空间数据、基础地理数据及地测专题数据，且随着大型无人机航测体系在平朔露天矿采剥工程验收工作中的成功应用，空间数据的获取方式变得更加准确、便捷，具备了地理信息系统平台的建立条件。中煤平朔集团矿区地理信息系统平台的建设，实现了矿区地面影像数据、测绘矢量数据以及地测资料数据的统一管理，具备了空间数据的浏览、查询、分析、统计、定位共享、简单测图测距及打印功能，解决了平朔公司测绘资料管理、发布共享、信息管理等诸多问题。
1）二维地理信息模块。整合了图层管理、常用工具、数据管理、查询定位及统计分析功能，实现了各类影像数据、专题数据的浏览，分屏对比展示，历史月度航测数据管理，地形图数据管理，空间数据与属性数据互查，实际采剥量按时间、矿区等条件的统计分析，各类实际量、计划量的对比分析。
2）三维地理信息模块。整合了图层管理、常用工具、飞行管理及视频管理功能，实现了月度航测数据、高程数据联合浏览，可以直观感受矿区地形变动幅度。
3）资料管理模块。提供了各类生产资料的统一管理，实现了资料的分类、增加、编辑和删除。系统数据由2 个PC 端及移动端进行发布。基于2 个客户端，可以实现关注位置的定位、信息推送、现场信息采集等管理功能。同时，系统预留了可扩展接口，可以满足其他系统获取地理信息数据的需求。
2.1 系统架构
中煤平朔集团矿区地理信息系统平台分为：基础设施、数据中心、服务平台3 层架构[1-2]，以及在此基础上为其他专业应用系统预留的数据接口。系统架构如图1。
图1 系统架构
1）基础设施层。该层是系统建设和运行的基础，包括软硬件平台、网络、通讯、开源地图等。
2）数据中心层。该层是1 个按照统一的标准规范所建立的数据仓库，包括GIS 数据、DWG 数据、文本数据等。
3）服务平台层。该层主要包括门户网站、专业系统接口、电子地图等。
4）专业应用层。该层是矿区各项专业应用系统的集合，是1 个开放式的结构，可在此基础上不断添加建设专业应用系统。
2.2 数据生产流程
数据生产及维护管理流程如图2。
图2 数据生产及维护管理流程
1）空间地理数据库。该数据库包括开源电子地图数据、航测影像数据、地面数字高程数据、月度采剥位置数据、钻孔数据、道路数据、供电线路数据等，上述数据按更新周期分为静态数据和动态数据。
2）历史数据及专题数据库。该数据库包括采掘工程平面图、剥离量发文、月度航测点云、矿权资料、地质资料等，上述数据按更新周期分为静态数据和动态数据。
2.3 系统开发平台
1）服务器部署ArcGIS Server Enterprisie V10.7 标准版。包括以Web 为中心的全功能制图和分析平台，能够将数据、分析功能等地理资源发布为服务，并在门户组件中集中组织与管理，支持逻辑示意图分析。
2）数据制作采用ArcGIS desktop-V10.7 标准版+3D扩展软件。具备数据编辑、数据转换、数据输出、数据建模功能，可有效显示和分析表明数据，具备三维可视化和地形建模[3]。
3）数据库采用甲骨文公司Oracle 11g 标准版。该软件具有开放性、并行性、安全性、性能最高、操作简单、使用风险较低等特点。
3.1 主要显示内容
基于山西天地图实现了矢量、影像底图服务，数据库中存储了从1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶5 000 到1∶10 000、1∶50 000、1∶100 000∶1∶500 000、1∶1 000 000等各种比例尺的地形图数据，存储了分辨率从0.2、0.5、1.0、2.5、5～10、15、30、50、100 m 等航片数据，以及各种比例尺的专题图形数据等，这些数据经过金字塔规则处理和组织后平台提供瓦片数据服务，实现从宏观、中观、微观多个级别的无缝浏览，自动平滑调用最适合的比例尺图形推至用户面前[4]。
1）基于山西天地图及高德地图的矢量、影像地图服务，其中天地图影像数据为默认数据。平朔矿区2010 年、2019 年2 次全矿区范围航测影像，其中2019年最新期数据设置为默认打开模式。
2）以平朔公司月度无人机航测影像数据为基础，经折射纠正、拼接、融合、影像金字塔构建及切片缓存等多种处理后进行展示的露天矿影像数据，其中最近12 个月的露天矿航测影像数据在图层中进行展示，最新1 期影像数据为默认数据，其余影像数据归入历史数据库进行管理及调用。
3）平朔矿区矿权信息。①土地权属信息、与露天矿生产相关的周边行政村信息及责任区划分信息；
②露天矿主采煤层历史开采范围；
③全矿区钻孔信息：该信息基于平朔矿区钻孔数据库进行编制录入，包括钻孔孔号、平面位置、开孔高程及终孔深度、钻孔类型，并将钻孔柱状图与钻孔信息进行了挂接[5]。
4）煤矿专题数据。①以DLG 数据为基础，结合重点区域测绘信息对矿区内外主要道路、铁路专用线、110/35/6 kV 供电线路、主要建筑物及露天矿平盘注记等煤矿专题数据进行展示；
②露天矿年度复垦计划及月度实际复垦完成信息；
③储量信息；
④线划图数据：为方便操作者对不同要素的使用需求，同时兼顾数据容量及切片速度，对线划图中涉及不同要素进行了分类处理发布。
3.2 图层管理
3.2.1 图层操作及展示
在系统的运行过程中，依据使用需求的不断增加，图层展示内容必将不断丰富，考虑不同操作者关注的图层信息不同，不能简单采用全部开关或分类选择的办法进行操作，因此，为方便操作者执行图层操作功能，图层管理通过勾选操作的方式选择图层的可见性，操作者可以根据不同需求选择其关注信息，图层依据操作者的选择顺序进行依次展示。同时考虑多种要素数据可见性及页面美观性，图层中所有要素均采取了无填充模式，仅以边界色彩作为区分标志。
3.2.2 图层数据管理
平朔矿区空间数据种类繁多，测绘基准不统一，数据格式不统一。其中大多数空间数据为AutoCAD格式的制图数据，制图格式的数据与地理信息系统所采用的GIS 数据格式有着较大的差别，前者的主要目的是制图，后者主要目的是数据管理与空间分析，要实现空间数据的共享服务，必须对CAD 格式的数据按照空间数据库标准进行转换处理，因此数据管理首先要解决的就是建立GIS 格式的空间数据并将所有数据附带用以存储几何体的属性信息。
1）数据结构处理。通过对CAD 数据进行结构调整、拓扑处理、属性挂接等工作，将传统意义上的制图数据转化为可以赋予更多内容的地理信息数据。
2）数据分类分级。将各种空间数据按照不同的类型（如地形图、影像图、多媒体）、专业（地测、地质、水文）、尺度（比例尺、投影坐标系）、时间（如成图时间）及应用需求进行分类处理，定义不同的显示范围和内容。
3）数据转换。对采集的各种比例尺的图件进行坐标变换，形成统一的满足国家要求的2000 国家大地坐标系。
3.2.3 图层应用
1）地图浏览。系统提供了滚轮缩放、指定位置点击缩放、全图及鹰眼浏览模式，通过对各种浏览模式的联合应用可以直观了解全局与局部的关系，同时在执行了一系列操作后可以快速还原到矿区全视域范围。
2）测距侧面。平朔矿区地理信息服务平台是面向公司多个单位开放的，基于可实现无缝浏览的地图页面，操作者可根据需求，采用鼠标左键连续点击被测位置的方式进行多点间距离量测，并可采用鼠标左键单击的方式指定量测位置并进行面积量测，量测数据实时进行页面展示。此功能的使用不仅极大地减轻了测绘人员的工作量，而且为其他无地形数据的单位提供了更加便捷的数据获取方式。
3）地图刷新。在进行了一系列地图操作后，可通过点击刷新键对页面信息进行一键清理，使页面还原至默认状态。
4）查询定位。在露天矿生产作业过程中，采剥工程位置、采剥计划及工程量、煤层赋存情况及进一步勘探计划一直是最重要的信息之一。因此，在系统的建设过程中，充分考虑了系统操作者的使用目的及关注内容，开发了查询定位功能模块。该模块主要包括：采剥位置查询、综合查询、空间查询、钻孔查询及地图定位。其中采剥位置查询是查询定位功能开发的核心，该模块以采剥工程月度计划及采剥量计算信息为基础数据，包括采剥时间、作业设备、剥离物性状、作业平盘、面积、厚度、采剥量等。通过采剥位置查询，可快速获得指定时间段计划采剥及实际采剥位置对比图、了解关注区域或设备的开采情况，为生产部署提供数据支持。
5）统计分析。基于图层数据，对采剥工程所关注的采剥量、计划及实际完成对比等数据进行统计，且为方便操作者对不同要素的统计需求，开发了以时间、矿区及统计要素等多个查询要条件的查询方式，各查询方式可单独选择、也可作为复选项联合选择，查询结果以柱状图及表格两种方式进行展示，页面清晰明了。
6）信息标注。为PC 端及移动端联合使用功能。授权操作者可在地图上对关注信息进行添加、删除和修改，并通过标注信息发布的方式直接将信息对授权操作者进行共享，为会商、应急救援、维修维护等工作提供数据支持。
7）地图打印。该功能主要为解决操作者简单标注后打印出图而进行开发的。当操作者在进行测距、测面或对重点关注区域进行定位标定后，可方便对所选择的区域进行不同比例尺及不同像素需求的输出，基本可以解决CAD 制图依赖问题，使没有制图经验的人员也可独立完成简单标记及打印工作。
在二维地理信息系统的基础上，通过对2019 年平朔矿区航测数字高程模型、露天矿月度无人机航测数字高程模型进行金字塔规则处理、按照规则进行切片后，提供支持无缝浏览的三维地图瓦片服务[6]。
1）三维地图。在三维地图中可通过对图层列表单独选择查看不同时间段露天矿及周边区域的是三维地图、也可通过分屏模式对比查看不同时间段同一区域的地形变化情况，同时可与二维地理信息系统在分屏对比分析中联合使用用以确定关注区域的地形情况[7]。
2）三维剖面分析。露天矿边坡角是矿山安全生产的重要指标，为满足操作者快速量取边坡角的目的，在三维地理信息系统中，操作者可采用点击鼠标左键的方式对目标区待测位置剖面角进行量测，剖面角及剖面图可实时在页面进行展示。
MIS（管理信息系统--Management Information System）系统，指进行日常事务操作的系统。主要用于管理需要的记录，并对记录数据进行相关处理，将处理的信息及时反映给管理者的1 套网络管理系统。中煤平朔集团平朔矿区地理信息系统作为面向公司内部多家单位开放并提供基础服务的平台，MIS 系统的建立是保障信息安全性及维护系统正常运行的必要组成部分[8-9]。该系统采用BS 架构，主要功能包括：
1）对操作者分类并进行权限设定。按照公司不同部门对信息数据的浏览权限，将操作者划分为管理员、数据录入员、技术员及浏览用户。根据不同用户的权限设定，各类用户仅能对该类用户设定功能可见，使操作者页面更见简洁明了。
2）对可见图层进行权限设定。根据操作者分类及权限设定标准，对不同操着者可见图层进行分类设定，图层设定后各类操作者仅能对设定图层可见，保障的数据的安全性。
3）数据发布。当数据录入员进行数据维护后，数据按照权限进行逐级审批后由管理员统一进行地址配置并发布，保障的数据的准确性。
4）操作记录。当操作人员在平台进行操作后，MIS系统会对所有动作进行记录，进一步保障了数据的安全性。
中煤集团平朔矿区地理信息系统作为智能化矿山建设的基础，已经基本完成了前期系统建设并具备了部分查询、分析及展示等功能，在后期的运行过程中将不断探索三维地理信息系统在实际生产的应用方向，并通过不断丰富数据内容扩展二维地理信息系统的服务对象，同时作为基础地理信息数据为智能化矿山建设其他子系统提供数据支持。
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