一、立项依据
1、国内外本项目领域科技创新发展概况和最新发展趋势
“数字地球”是从高层次系统论和一体化的角度来综合利用已有的正在发展的理论、技术、数据和能力，从而更广泛、更深入、更经济地为社会提供服务。它的实质是一个含有超大容量的信息系统，并提供管理、查询和分析这些信息的机制。与“数字地球”相适应，数字矿山、数字煤矿的发展战略将是21 世纪矿山企业振兴和发展的必由之路。数字煤矿的基本任务是在煤矿基础信息数据库建立的基础上，充分利用数字采集、知识挖掘、空间分析、虚拟现实、可视化、网络、多媒体及其他新技术，为煤矿资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟仿真与过程分析提供新的技术平台和强大工具。数字煤矿的最终目标为煤矿的高度信息化、自动化、高效率，乃至遥控采矿和无人采矿。由于煤矿生产作业流程的动态性与复杂性，数字煤矿的建设必将是一个庞大的、
复杂的、长期的系统工程。
在国际上，加拿大、芬兰、瑞典等国家，围绕采、掘、运矿山生产流程，在矿山信息网建设、技术信息适时管理、新机械应用与自动控制等方面制定了长远发展规划。在专业系统应用方面，西方矿业界早在20 世纪70 年代初就将CAD 技术应用于地质、矿业领域; 80 年代末，随着三维地质建模和可视化理论和技术的发展, 推动了矿山计算机辅助地质建模技术，一大批具有三维地质建模功能的地质采矿软件被开发应用。90 年代中后期, 三维地质采矿软件逐渐成为矿山专业软件的主流。国际著名的地质采矿软件公司相继开发了专业三维软件, 主要有GOCA、D TerraCube、EarthVision 、SPARC、Supac 、GeoDepth、GeoCom、GeoSec3D、2D&3DTime—Depth Mapper、StratModel 、IntegralPlus 、MineScape、MineSoft 、Vulcan 、DataMine、Medsystem
/Mine2 、Sight, whittle 、ICAMPS 和LYNX等。总体来看，国外的地质和采矿类软件均有较好的三维表示能力并各具特色。但是受开采地质条件、生产作业习惯、系统自动化程度以及价格等因素的影响，国外的地质和采矿类软件在国内并没有得到推广应用。
近年来，随着煤矿经济形式的好转与数字化矿山发展的需要，煤矿数字化和信息化
有了长足的发展。许多煤炭企业已将矿山信息化改造和数字煤矿 (DM技术作为科技发展
战略中的重中之重，并将宽带网建设、矿山基础信息数字化、煤矿地质测量空间信息系统及其它煤矿生产专用软件的开发作为当前工作的重点。在煤矿企业应用中，不同的专业部门已经具有和正在开发相应的专业信息管理系统，并形成了一定的信息化规模。在生产
领域开发了煤矿地质测量空间信息管理系统、复杂地质条件综合保障系统、采矿设计系统等；在煤矿安全领域开发了一通三防信息管理系统、安全监测实时预警系统以及井下人员跟踪识别救护系统等；在管理领域则开发了煤矿ERP系统、设备管理系统等。在数字化矿山信息系统的建设过程中，煤矿地质测量空间信息系统是最基础的一个核心子系统，它是搭建其它专业系统的基础。
其中，煤矿地质测量空间信息系统的发展趋势表现为：
1．1 信息的多源化从信息获取的角度, 煤矿地质测量空间信息的获取手段越来越丰富。从以往单一的钻探手段发展为集遥感、数字摄影、GPS（全球定位系统） , 以及三维地震勘探和其他地面物探、矿井物探等手段为一体的立体勘探模式。在数据内容上则以煤矿地质、水文地质、测量、采掘信息为基础, 更多地融入地面物探（如地震、瞬变电磁勘探）、矿井物探（如槽波、坑透、瑞雷波勘探）、测井及其他地压、瓦斯资料等多源地质信息。在表现形式上, 更多地呈现出集图、文、声、像为一体的多媒体特征。计算机信息处理技术作为一种十分经济有效的手段, 对这些多源信息进行综合分析处理具有相当的优越性, 主要表现在以下几个方面:
a. 现有资料的整理、归纳，包括各种手段，方法所获取数据的规范化。
b. 现有资料的深层次利用。一是提高资料利用的深度和广度, 通过改进现有方法与手段, 开发新的方法和手段, 提高资料自身的利用水平, 挖掘其潜在的信息资源。二是综合利用, 将多源信息组合、叠加以获取新的信息, 通过对比、分析, 动态交互不断提高认识水平, 从而实现对地质资料认识的由灰变白。
c. 信息的可视化。将地质、测量模型和各种分析处理数据直观地展示给现场工作人员, 再结合现场经验和实际材料等“软”数据, 对地质条件作出客观分析与判断。
1．2 管理的网络化
Internet 的出现,给实用化的企业网络系统构建带来了巨大活力。采用全新
的In ternet 技术,可以实现信息的完全共享,从而实现企业信息管理的网络化、快速化。信息共享、高效管理是社会所需,企业所需, 当然煤炭行业也不例外。煤矿地测工作直接关系到煤矿生产的安全管理。为此, 实现地测数据与图形的实时管理与查询, 是煤矿企业领导监督管理的重要手段。
一个矿务局（集团公司）一般包括多个煤矿, 由于地域的分布特征,有相当部分的
资料存在共性。目前煤矿所采用的地测信息系统的数据库大多采用桌面数据库,而桌面数据库的缺点是资料的独立性太强, 共享困难。这就造成了各个煤矿“各自为政” , 矿务局的统一管理非常困难;达不到资源共享的目的, 同时还增加了冗余数据; 信息的传递速度也慢,统计、汇总麻烦, 造成大量人力、物力、财力的浪费。
采用客户端/服务器（C/S）与浏览器/服务器（B/S）相结合的二级管理模式可以很好的满足局矿两级网络化管理的需要。也就是说, 针对地测专业的技术人员,他们通过C/S 模式操作基础数据,完成地测部门日常工作对数据的动态修改与维护;而对于矿级或局级的领导,他们通过B/S 模式来访问基础数据库中的数据,查询关心的信息, 指导现场生产。
1．3 决策支持的智能化
开采地质条件与采煤设备的适应性问题, 是世界各主要产煤国家在发展机械化采煤中普遍遇到的问题, 与其他采煤方法相比较, 综合机械化采煤对地质条件的要求更加苛刻, 所以在高产高效矿井的建设中地质保障的任务就更加突出和艰巨。煤矿地质测量资料是煤矿生产最基础的资料, 煤矿地质测量常用图件是煤矿生产成果最直观的表现形式; 原始资料与成果图件是指导煤矿生产的基础。通过数据挖掘技术, 从煤矿地质测量空间数据库中发掘和提取隐藏在其中的潜在信息或模式, 从而为预测和决策行为提供决策支持。矿井构造、煤厚及顶底板变化、瓦斯、涌水、地压等灾害地质条件均严重影响煤矿生产。因此, 许多煤矿工作者都在尝试寻找相应的模型与决策机制解决这些问题。例如多元逐步判别分析模型、相似类比综合评判模型、灰色关联分析模型在矿井突水水源的快速识别中得到了较好的应用。人工神经网络模拟生物神经网络的结构和功能, 由大量类似于神经元的简单处理单元（通常为自适应的）相互联结成复杂网络,具有较强的非线性影射能力, 在矿井构造定量评价、地下水水质评价以及岩溶水水位预报等方面均取得了较好的应用。遗传算法因其实用、高效, 且具较强的适应性而应用于
预报地下水位和求解水文地质反演问题。
1．4 系统的集成化
在煤矿企业不同的专业部门已经具有和正在开发相应的信息管理系统, 并形成了一定的信息化规模。如在煤矿采掘领域开发了煤矿地质测量空间信息管理、复杂地质条件综合保障、采矿开采设计等系统; 在煤矿安全领域开发了一通三防信息管理、安全监测实时预警以及井下人员跟踪识别救护等系统; 在生产管理领域开发了煤矿ERP 系统、设备管理
系统等。在数字煤矿的发展进程中, 资料的共享, 系统的集成是一个必然的发展方向。
信息技术的发展使得当今社会在信息的获取、存储、分析、处理和发布等方面取得了实质性的进展。数字煤矿的发展战略要求煤矿各生产部门在开发各自专业管理软件的同时, 要制定统一的信息化标准体系和相应的共享机制。煤矿地质测量工作在煤矿企业安全生产中的基础地位, 决定了发展煤矿地质测量空间信息系统的重要性。地质测量信息采集的多源化、管理的网络化、决策支持的智能化以及与其他专业系统的集成, 是煤矿地质测量空间信息系统发展的方向。
西安集灵信息技术有限公司是国内最早从事煤矿地质测量信息系统研发的单位之一, 先后经历了AutoCAD 二次开发,Dos 平台下自主平台的煤矿地质信息系统CCAD的开发,Windows平台下煤矿地测信息系统CGIS开发的3个阶段，2003 年推出了最新版的煤矿地质测量信息管理系统CGIS36. 0 , 产品在全国近140余家企业应用，为我国煤矿的信息化建设做出了一定的贡献。此外, 国内还有数家单位在从事煤矿地测信息系统的开发与推广工作, 如北京龙软公司, 煤炭科学研究总院西安分院, 山东科技大学, 河南煤田地质局等。
2、项目研究的目的、意义
当今时代, 以信息技术为核心的知识经济突飞猛进，信息技术正以其广泛的渗透性和先进性与传统产业相结合。信息化与网络化已成为各行业数字化的重要基础手段, 在企业应用中起到十分重要的作用。与现代化技术先进的国家比较我国煤矿企业信息化基础设施相对落后;煤矿管理过于粗放; 煤矿生产各部门的系统开发相对孤立, 没有形成统一的信息化标准体系和共享机制; 再加之煤矿生产信息本身的灰色性和动态性, 导致了煤矿企业信息化与网络化工作的相对滞后。近年来, 我国煤矿数字化和信息化有了长足的发展, 信息化已成为改造传统煤矿产业的助力器。
煤矿地质测量工作是煤矿生产最基础和最重要的工作之一，对煤矿的安全生产和煤矿的生产能力具有重要的影响。煤矿地质测量资料是一种活跃的、动态变化的、与空间位置密切相关的信息, 而且具有一定的不确定性。随着煤矿生产过程的推进,煤矿地质测量资料的积累逐步丰富, 人们对煤矿开采地质条件的认识也由灰变白。因此,采用人工检索、分析和处理地质测量信息资料, 难以满足煤矿现代化生产与技术管理的需要, 尤其是为了准确预防和快速处理矿井重大灾害事故,及时提供采矿设计与经营决策的基础数据, 更
有必要利用计算机和网络技术, 来实现煤矿地质测量数据的自动化管理, 地质测量专业各种基础图件的自动生成以及对井下突发事件的快速、准确地进行分析与决策, 具体表现为以下几个方面：2.1 地测信息是矿井生产、管理的基础信息
煤矿生产所面对的是以煤层为主的巨型复杂系统，生产所涉及的实体对象主要包括：
①复杂和认知有限的地质体（地层、矿层、地下水分布和各种构造）
②生产巷道系统
③生产和辅助生产系统（运输、通风、电力、机电设备、给排水、安全监控、防避灾、调度）
④与之相关的地面设施和建筑煤矿地测信息是矿井地质体和开采现状的基本描述，是人们对矿床自然赋存状态的认知和开采过程的记录，是勘探和生产各阶段勘探和地测部的工作成果的积累和进一步工作的基础，地测信息亦是矿山通风、开采、调度、机电、运输、防灾、排水等各项工作的基础数据和消息来源。比如：通风系统可以看作是巷道系统加风量属性（风量大小和方向）。调度系统可以在三维地层和巷道模型的基础之上加入采煤机、提升、运输、通风、机电设备的运行情况（实际仅为一些开关量），即可获得一个形象生动的调度模拟盘，同时还可不同视角、局部放大的观看。三维地层和巷道系统加入的通风、设备、风门、水闸等数据和属
性可以以光照模型的方式显示，再加上分析和解算软件，这在矿井的正
常生产和防灾救灾中必然意义非凡
不难看出，地测信息平台的建设是矿井和集团有关日常生产和安全的一项基础性工作，是众多生产和指挥调度系统的基础信息来源。
此外，随着企业中大量MIS系统的应用，许多和资源物理位置有关的资料如：工矿区移动目标的管理、企业通讯专网线路管理、水、煤气、电线网管理、物业管理等，只用传统的MIS系统是很难和无法进行有效的管理的。为此，引进更先
进的管理方法和手段，以地测信息为基础，将GIS系统引进到煤矿企业基础资源和生产信息的管理中来，打造企业地测空间信息平台，建立企业基础资源和生产信息的可视化管理系统就变得十分重要。
地测信息是“数字矿山”的最基础和最重要的组成部分，它是其他MIS系统的有关空间信息的唯一来源。
2.2 GIS是直观有效的信息管理工具