【正文】 一、立項(xiàng)依據(jù)國內(nèi)外本項(xiàng)目領(lǐng)域科技創(chuàng)新發(fā)展概況和最新發(fā)展趨勢“數(shù)字地球”是從高層次系統(tǒng)論和一體化的角度來綜合利用已有的正在發(fā)展的理論、技術(shù)、數(shù)據(jù)和能力，從而更廣泛、更深入、更經(jīng)濟(jì)地為社會提供服務(wù)。它的實(shí)質(zhì)是一個含有超大容量的信息系統(tǒng)，并提供管理、查詢和分析這些信息的機(jī)制。與“數(shù)字地球”相適應(yīng)，數(shù)字礦山、數(shù)字煤礦的發(fā)展戰(zhàn)略將是21世紀(jì)礦山企業(yè)振興和發(fā)展的必由之路。數(shù)字煤礦的基本任務(wù)是在煤礦基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫建立的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字采集、知識挖掘、空間分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、網(wǎng)絡(luò)、多媒體及其他新技術(shù)，為煤礦資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安全和決策管理進(jìn)行模擬仿真與過程分析提供新的技術(shù)平臺和強(qiáng)大工具。數(shù)字煤礦的最終目標(biāo)為煤礦的高度信息化、自動化、高效率，乃至遙控采礦和無人采礦。由于煤礦生產(chǎn)作業(yè)流程的動態(tài)性與復(fù)雜性，數(shù)字煤礦的建設(shè)必將是一個龐大的、復(fù)雜的、長期的系統(tǒng)工程。 在國際上，加拿大、芬蘭、瑞典等國家，圍繞采、掘、運(yùn)礦山生產(chǎn)流程，在礦山信息網(wǎng)建設(shè)、技術(shù)信息適時管理、新機(jī)械應(yīng)用與自動控制等方面制定了長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。在專業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用方面，西方礦業(yè)界早在20世紀(jì)70年代初就將CAD技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)、礦業(yè)領(lǐng)域。 80 年代末，隨著三維地質(zhì)建模和可視化理論和技術(shù)的發(fā)展,推動了礦山計(jì)算機(jī)輔助地質(zhì)建模技術(shù)，一大批具有三維地質(zhì)建模功能的地質(zhì)采礦軟件被開發(fā)應(yīng)用。90 年代中后期, 三維地質(zhì)采礦軟件逐漸成為礦山專業(yè)軟件的主流。國際著名的地質(zhì)采礦軟件公司相繼開發(fā)了專業(yè)三維軟件, 主要有GOCAD、TerraCube、EarthVision 、SPARC 、Supac 、GeoDepth、GeoCom 、GeoSec 3D、2Damp。3D Time—Depth Mapper、StratModel、IntegralPlus、MineScape、MineSoft 、Vulcan、DataMine、Medsystem /MineSight, whittle、ICAMPS和LYNX等?？傮w來看，國外的地質(zhì)和采礦類軟件均有較好的三維表示能力并各具特色。但是受開采地質(zhì)條件、生產(chǎn)作業(yè)習(xí)慣、系統(tǒng)自動化程度以及價格等因素的影響，國外的地質(zhì)和采礦類軟件在國內(nèi)并沒有得到推廣應(yīng)用。近年來，隨著煤礦經(jīng)濟(jì)形式的好轉(zhuǎn)與數(shù)字化礦山發(fā)展的需要，煤礦數(shù)字化和信息化有了長足的發(fā)展。許多煤炭企業(yè)已將礦山信息化改造和數(shù)字煤礦（DM）技術(shù)作為科技發(fā)展戰(zhàn)略中的重中之重，并將寬帶網(wǎng)建設(shè)、礦山基礎(chǔ)信息數(shù)字化、煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)及其它煤礦生產(chǎn)專用軟件的開發(fā)作為當(dāng)前工作的重點(diǎn)。在煤礦企業(yè)應(yīng)用中，不同的專業(yè)部門已經(jīng)具有和正在開發(fā)相應(yīng)的專業(yè)信息管理系統(tǒng)，并形成了一定的信息化規(guī)模。在生產(chǎn)領(lǐng)域開發(fā)了煤礦地質(zhì)測量空間信息管理系統(tǒng)、復(fù)雜地質(zhì)條件綜合保障系統(tǒng)、采礦設(shè)計(jì)系統(tǒng)等；在煤礦安全領(lǐng)域開發(fā)了一通三防信息管理系統(tǒng)、安全監(jiān)測實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)以及井下人員跟蹤識別救護(hù)系統(tǒng)等；在管理領(lǐng)域則開發(fā)了煤礦ERP系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。在數(shù)字化礦山信息系統(tǒng)的建設(shè)過程中，煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的一個核心子系統(tǒng)，它是搭建其它專業(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其中，煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為：1．1 　信息的多源化從信息獲取的角度,煤礦地質(zhì)測量空間信息的獲取手段越來越豐富。從以往單一的鉆探手段發(fā)展為集遙感、數(shù)字?jǐn)z影、GPS (全球定位系統(tǒng)) ,以及三維地震勘探和其他地面物探、礦井物探等手段為一體的立體勘探模式。在數(shù)據(jù)內(nèi)容上則以煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)、測量、采掘信息為基礎(chǔ),更多地融入地面物探(如地震、瞬變電磁勘探) 、礦井物探(如槽波、坑透、瑞雷波勘探) 、測井及其他地壓、瓦斯資料等多源地質(zhì)信息。在表現(xiàn)形式上,更多地呈現(xiàn)出集圖、文、聲、像為一體的多媒體特征。計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)作為一種十分經(jīng)濟(jì)有效的手段,對這些多源信息進(jìn)行綜合分析處理具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:、歸納,包括各種手段,方法所獲取數(shù)據(jù)的規(guī)范化。一是提高資料利用的深度和廣度,通過改進(jìn)現(xiàn)有方法與手段,開發(fā)新的方法和手段,提高資料自身的利用水平,挖掘其潛在的信息資源。二是綜合利用,將多源信息組合、疊加以獲取新的信息,通過對比、分析,動態(tài)交互不斷提高認(rèn)識水平,從而實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)資料認(rèn)識的由灰變白。將地質(zhì)、測量模型和各種分析處理數(shù)據(jù)直觀地展示給現(xiàn)場工作人員,再結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際材料等“軟”數(shù)據(jù),對地質(zhì)條件作出客觀分析與判斷。1．2 　管理的網(wǎng)絡(luò)化Internet的出現(xiàn),給實(shí)用化的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建帶來了巨大活力。采用全新的Internet 技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)信息的完全共享,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的網(wǎng)絡(luò)化、快速化。信息共享、高效管理是社會所需,企業(yè)所需,當(dāng)然煤炭行業(yè)也不例外。煤礦地測工作直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全管理。為此,實(shí)現(xiàn)地測數(shù)據(jù)與圖形的實(shí)時管理與查詢,是煤礦企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督管理的重要手段。一個礦務(wù)局(集團(tuán)公司) 一般包括多個煤礦,由于地域的分布特征,有相當(dāng)部分的資料存在共性。目前煤礦所采用的地測信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫大多采用桌面數(shù)據(jù)庫,而桌面數(shù)據(jù)庫的缺點(diǎn)是資料的獨(dú)立性太強(qiáng),共享困難。這就造成了各個煤礦“各自為政”,礦務(wù)局的統(tǒng)一管理非常困難。達(dá)不到資源共享的目的,同時還增加了冗余數(shù)據(jù)。信息的傳遞速度也慢,統(tǒng)計(jì)、匯總麻煩,造成大量人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。采用客戶端/ 服務(wù)器(C/S) 與瀏覽器/服務(wù)器(B/S) 相結(jié)合的二級管理模式,可以很好的滿足局礦兩級網(wǎng)絡(luò)化管理的需要。也就是說,針對地測專業(yè)的技術(shù)人員,他們通過C/S 模式操作基礎(chǔ)數(shù)據(jù),完成地測部門日常工作對數(shù)據(jù)的動態(tài)修改與維護(hù)。而對于礦級或局級的領(lǐng)導(dǎo),他們通過B/S 模式來訪問基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),查詢關(guān)心的信息,指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。1．3 　決策支持的智能化開采地質(zhì)條件與采煤設(shè)備的適應(yīng)性問題,是世界各主要產(chǎn)煤國家在發(fā)展機(jī)械化采煤中普遍遇到的問題,與其他采煤方法相比較,綜合機(jī)械化采煤對地質(zhì)條件的要求更加苛刻,所以在高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)中地質(zhì)保障的任務(wù)就更加突出和艱巨。煤礦地質(zhì)測量資料是煤礦生產(chǎn)最基礎(chǔ)的資料,煤礦地質(zhì)測量常用圖件是煤礦生產(chǎn)成果最直觀的表現(xiàn)形式。原始資料與成果圖件是指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),從煤礦地質(zhì)測量空間數(shù)據(jù)庫中發(fā)掘和提取隱藏在其中的潛在信息或模式,從而為預(yù)測和決策行為提供決策支持。礦井構(gòu)造、煤厚及頂?shù)装遄兓?、瓦斯、涌水、地壓等?zāi)害地質(zhì)條件均嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)。因此,許多煤礦工作者都在嘗試尋找相應(yīng)的模型與決策機(jī)制解決這些問題。例如多元逐步判別分析模型、相似類比綜合評判模型、灰色關(guān)聯(lián)分析模型在礦井突水水源的快速識別中得到了較好的應(yīng)用 。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能,由大量類似于神經(jīng)元的簡單處理單元(通常為自適應(yīng)的) 相互聯(lián)結(jié)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),具有較強(qiáng)的非線性影射能力,在礦井構(gòu)造定量評價 、地下水水質(zhì)評價以及巖溶水水位預(yù)報(bào)等方面均取得了較好的應(yīng)用。遺傳算法因其實(shí)用、高效,且具較強(qiáng)的適應(yīng)性而應(yīng)用于預(yù)報(bào)地下水位和求解水文地質(zhì)反演問題 。1．4 　系統(tǒng)的集成化在煤礦企業(yè)不同的專業(yè)部門已經(jīng)具有和正在開發(fā)相應(yīng)的信息管理系統(tǒng),并形成了一定的信息化規(guī)模。如在煤礦采掘領(lǐng)域開發(fā)了煤礦地質(zhì)測量空間信息管理、復(fù)雜地質(zhì)條件綜合保障、采礦開采設(shè)計(jì)等系統(tǒng)。在煤礦安全領(lǐng)域開發(fā)了一通三防信息管理、安全監(jiān)測實(shí)時預(yù)警以及井下人員跟蹤識別救護(hù)等系統(tǒng)。 在生產(chǎn)管理領(lǐng)域開發(fā)了煤礦ERP 系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。在數(shù)字煤礦的發(fā)展進(jìn)程中,資料的共享,系統(tǒng)的集成是一個必然的發(fā)展方向。信息技術(shù)的發(fā)展使得當(dāng)今社會在信息的獲取、存儲、分析、處理和發(fā)布等方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。數(shù)字煤礦的發(fā)展戰(zhàn)略要求煤礦各生產(chǎn)部門在開發(fā)各自專業(yè)管理軟件的同時,要制定統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系和相應(yīng)的共享機(jī)制。煤礦地質(zhì)測量工作在煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)中的基礎(chǔ)地位,決定了發(fā)展煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)的重要性。地質(zhì)測量信息采集的多源化、管理的網(wǎng)絡(luò)化、決策支持的智能化以及與其他專業(yè)系統(tǒng)的集成,是煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)發(fā)展的方向。西安集靈信息技術(shù)有限公司是國內(nèi)最早從事煤礦地質(zhì)測量信息系統(tǒng)研發(fā)的單位之一,先后經(jīng)歷了AutoCAD 二次開發(fā),Dos 平臺下自主平臺的煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)CCAD 的開發(fā),Windows 平臺下煤礦地測信息系統(tǒng)CGIS 開發(fā)的3 個階段，2003 年推出了最新版的煤礦地質(zhì)測量信息管理系統(tǒng)CGIS36. 0 ,產(chǎn)品在全國近140余家企業(yè)應(yīng)用，為我國煤礦的信息化建設(shè)做出了一定的貢獻(xiàn)。此外,國內(nèi)還有數(shù)家單位在從事煤礦地測信息系統(tǒng)的開發(fā)與推廣工作,如北京龍軟公司, 煤炭科學(xué)研究總院西安分院,山東科技大學(xué),河南煤田地質(zhì)局等。項(xiàng)目研究的目的、意義當(dāng)今時代,以信息技術(shù)為核心的知識經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，信息技術(shù)正以其廣泛的滲透性和先進(jìn)性與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。信息化與網(wǎng)絡(luò)化已成為各行業(yè)數(shù)字化的重要基礎(chǔ)手段,在企業(yè)應(yīng)用中起到十分重要的作用。與現(xiàn)代化技術(shù)先進(jìn)的國家比較,我國煤礦企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施相對落后。煤礦管理過于粗放。煤礦生產(chǎn)各部門的系統(tǒng)開發(fā)相對孤立,沒有形成統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系和共享機(jī)制。再加之煤礦生產(chǎn)信息本身的灰色性和動態(tài)性,導(dǎo)致了煤礦企業(yè)信息化與網(wǎng)絡(luò)化工作的相對滯后。近年來,我國煤礦數(shù)字化和信息化有了長足的發(fā)展,信息化已成為改造傳統(tǒng)煤礦產(chǎn)業(yè)的助力器。煤礦地質(zhì)測量工作是煤礦生產(chǎn)最基礎(chǔ)和最重要的工作之一，對煤礦的安全生產(chǎn)和煤礦的生產(chǎn)能力具有重要的影響。煤礦地質(zhì)測量資料是一種活躍的、動態(tài)變化的、與空間位置密切相關(guān)的信息,而且具有一定的不確定性。隨著煤礦生產(chǎn)過程的推進(jìn),煤礦地質(zhì)測量資料的積累逐步豐富,人們對煤礦開采地質(zhì)條件的認(rèn)識也由灰變白。因此,采用人工檢索、分析和處理地質(zhì)測量信息資料,難以滿足煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)與技術(shù)管理的需要,尤其是為了準(zhǔn)確預(yù)防和快速處理礦井重大災(zāi)害事故,及時提供采礦設(shè)計(jì)與經(jīng)營決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),更有必要利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),來實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的自動化管理,地質(zhì)測量專業(yè)各種基礎(chǔ)圖件的自動生成,以及對井下突發(fā)事件的快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行分析與決策,具體表現(xiàn)為以下幾個方面：、管理的基礎(chǔ)信息煤礦生產(chǎn)所面對的是以煤層為主的巨型復(fù)雜系統(tǒng)，生產(chǎn)所涉及的實(shí)體對象主要包括：① 復(fù)雜和認(rèn)知有限的地質(zhì)體（地層、礦層、地下水分布和各種構(gòu)造）② 生產(chǎn)巷道系統(tǒng)③ 生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（運(yùn)輸、通風(fēng)、電力、機(jī)電設(shè)備、給排水、安全監(jiān)控、防避災(zāi)、調(diào)度）④ 與之相關(guān)的地面設(shè)施和建筑煤礦地測信息是礦井地質(zhì)體和開采現(xiàn)狀的基本描述，是人們對礦床自然賦存狀態(tài)的認(rèn)知和開采過程的記錄，是勘探和生產(chǎn)各階段勘探和地測部的工作成果的積累和進(jìn)一步工作的基礎(chǔ)，地測信息亦是礦山通風(fēng)、開采、調(diào)度、機(jī)電、運(yùn)輸、防災(zāi)、排水等各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和消息來源。比如：l 通風(fēng)系統(tǒng)可以看作是巷道系統(tǒng)加風(fēng)量屬性(風(fēng)量大小和方向)。l 調(diào)度系統(tǒng)可以在三維地層和巷道模型的基礎(chǔ)之上加入采煤機(jī)、提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況（實(shí)際僅為一些開關(guān)量），即可獲得一個形象生動的調(diào)度模擬盤，同時還可不同視角、局部放大的觀看。l 三維地層和巷道系統(tǒng)加入的通風(fēng)、設(shè)備、風(fēng)門、水閘等數(shù)據(jù)和屬性可以以光照模型的方式顯示，再加上分析和解算軟件，這在礦井的正常生產(chǎn)和防災(zāi)救災(zāi)中必然意義非凡。不難看出，地測信息平臺的建設(shè)是礦井和集團(tuán)有關(guān)日常生產(chǎn)和安全的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是眾多生產(chǎn)和指揮調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息來源。此外，隨著企業(yè)中大量MIS系統(tǒng)的應(yīng)用，許多和資源物理位置有關(guān)的資料如：工礦區(qū)移動目標(biāo)的管理、企業(yè)通訊專網(wǎng)線路管理、水、煤氣、電線網(wǎng)管理、物業(yè)管理等，只用傳統(tǒng)的MIS系統(tǒng)是很難和無法進(jìn)行有效的管理的。為此，引進(jìn)更先進(jìn)的管理方法和手段，以地測信息為基礎(chǔ)，將GIS系統(tǒng)引進(jìn)到煤礦企業(yè)基礎(chǔ)資源和生產(chǎn)信息的管理中來，打造企業(yè)地測空間信息平臺，建立企業(yè)基礎(chǔ)資源和生產(chǎn)信息的可視化管理系統(tǒng)就變得十分重要。地測信息是“數(shù)字礦山”的最基礎(chǔ)和最重要的組成部分，它是其他MIS系統(tǒng)的有關(guān)空間信息的唯一來源。 GIS是直觀有效的信息管理工具圖形語言是直觀性、無語種的，有些信息是難以用文字和表格表示的。地理信息系統(tǒng)（GIS――Geographic Information System）以圖形為基本的描述語言，是以地理空間信息的采集、處理、分析、規(guī)劃和利用為主要研究內(nèi)容的信息管理系統(tǒng)。它的最大好處就是它的可視化管理和易操作特性，從這層意義上來說，GIS又可以稱為VIS（Visual Information System）。世上的萬物都占據(jù)有自身的地理空間，除一些純數(shù)字的信息外，對任何一個實(shí)體的描述均可以用它的空間和非空間屬性來表示，即任何一個實(shí)體都具其空間坐標(biāo)、幾何空間（幾何數(shù)據(jù)）和其他的特征（屬性數(shù)據(jù)），如：l 一個人現(xiàn)在的位置可以用大地坐標(biāo)來表示，此人的外形可用眾多的空間離散點(diǎn)組成的拼合曲面表示。此外，他（她）還有姓名、年齡、膚色、國籍、種族、學(xué)歷……l 一個機(jī)電設(shè)備必然是放在地球的某一點(diǎn)上，它有它的外形，有重量、類型、用途、產(chǎn)地、出廠日期、輸入輸出功率、性能參數(shù)……l 一段巷道有它的起點(diǎn)和終點(diǎn)，有它的斷面形態(tài)，有流經(jīng)的風(fēng)量，有開拓的日期、支護(hù)的類型……l 即便是像財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)這樣一些純數(shù)字的信息，從大處著眼亦可以認(rèn)為是有坐標(biāo)的，因?yàn)樗乃姓擗D―企業(yè)是有營業(yè)地點(diǎn)或地域的，這里它成為企業(yè)的屬性數(shù)據(jù)。類似地，資源量、人口數(shù)亦可為某個行政區(qū)劃地屬性數(shù)據(jù)。一般的MIS系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶的操作界面對象是字符和表格，而通過GIS，用戶則可以用除字符和表格外的圖形甚至是三維圖形來表示和操作用戶的信息。圖形的直觀性方便了用戶的操作，降低了軟件應(yīng)用的門檻。此外，除了可以表示和處理一般的信息，表示和處理信息的空間幾何屬性外，它還可以記錄信息對象的時空和其他內(nèi)外部關(guān)系并對之進(jìn)行分析研究。由于基于GIS建立起來的信息系統(tǒng)可以有更方便的，更直觀的應(yīng)用界面、可表示更多的信息類型，占有更多的信息量，更多的空間分析和處理功能，所以擁有GIS型的信息系統(tǒng)，也就擁有了更加實(shí)用，更加有效的，功能更加強(qiáng)大的應(yīng)用和管理工具。地理信息系統(tǒng)從外部來看，它表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)；而其內(nèi)涵是計(jì)算機(jī)程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型，是一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)。它是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市規(guī)劃以