礦山智能化精準感知技術(shù)專題

為解決煤炭企業(yè)集團化重組后權(quán)屬礦井分散、時空信息管理標準不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)采集維護效率低等問題，基于混合數(shù)據(jù)庫架構(gòu)與矢量化圖形解析技術(shù)，研究了煤礦集團級空間位置服務(wù)體系的需求體系、關(guān)鍵技術(shù)及構(gòu)建方法。采用混合數(shù)據(jù)庫存儲矢量、切片等數(shù)據(jù)，結(jié)合軟總線與 5G 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)秒級更新與分級渲染。建立了邊緣采集-基礎(chǔ)服務(wù)-數(shù)據(jù)服務(wù)-開發(fā)服務(wù)-業(yè)務(wù)服務(wù)的時空信息位置服務(wù)體系，有效解決了煤礦時空信息管理難題，推動了煤礦智能化從數(shù)據(jù)集成向知識服務(wù)升級，為煤炭企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)用的技術(shù)路徑。

文章來源：《智能礦山》2025年第6期“礦山智能化精準感知技術(shù)"專題”

第一作者：王靜宜，博士，現(xiàn)任山東能源集團云鼎科技北斗天地股份有限公司副總經(jīng)理，主要從事煤礦智能化及數(shù)字化、煤礦時空信息模型及大模型應(yīng)用，煤礦物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等相關(guān)研究。Email： wangjingyi@bdtd.com

作者單位：山東能源集團云鼎科技北斗天地股份有限公司

引用格式：王靜宜，劉繼.煤礦集團級空間位置服務(wù)體系建設(shè)[J].智能礦山，2025，6(4)：52-59.

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在推動國有經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、國有企業(yè)深化改革的政策背景下，為整合分散資源、實現(xiàn)優(yōu)化配置、提升資源使用效率，傳統(tǒng)煤炭企業(yè)通過并購重組成立大型能源集團。整合后的煤炭企業(yè)礦井數(shù)量多、地理分布分散、原有管理模式各異，為集團級管理帶來一系列挑戰(zhàn)，采用新型通信、信息技術(shù)方法，為煤礦集團級統(tǒng)一管理模式提供科學(xué)適用的數(shù)字化手段，提升管理效率及水平。

煤礦空間信息一體化管理是煤礦智能化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，在集團統(tǒng)一管理層次進行時空信息管理，構(gòu)建集團級時空信息管理體系，滿足煤礦智能化、數(shù)字化建設(shè)的時空位置服務(wù)。

煤礦集團級時空位置服務(wù)的需求體系

煤炭企業(yè)在集團管理層次通常面對權(quán)屬煤礦數(shù)量多、地理分布分散等問題，企業(yè)重組前各煤炭企業(yè)管理模式、生產(chǎn)技術(shù)要求各異，煤礦時空信息統(tǒng)一化管理從數(shù)據(jù)統(tǒng)一標準、工程化實現(xiàn)工具、支撐集團級業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)反哺礦井智能化建設(shè)等各層次，提出了新的數(shù)字化建設(shè)需求。

時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要常態(tài)化高質(zhì)量采集、治理，形成集團級時空數(shù)據(jù)信息模型，并在此基礎(chǔ)上形成空間數(shù)據(jù)服務(wù)，向上支撐集團級數(shù)字化應(yīng)用的位置服務(wù)、圖紙更新、空間計算等需求，向下為礦井級智能化系統(tǒng)應(yīng)用提供圖紙更新、算法下發(fā)、空間計算服務(wù)等。煤礦時空信息位置服務(wù)需求體系如圖1所示。

圖1 企業(yè)集團時空信息位置服務(wù)需求體系

1.1 構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準

煤炭企業(yè)權(quán)屬礦井通常包括井工開采煤礦和露天開采煤礦，地質(zhì)、測量、地理、生產(chǎn)技術(shù)等數(shù)據(jù)類型復(fù)雜。數(shù)據(jù)來源涉及雷達探測、衛(wèi)星定位導(dǎo)航、GIS矢量、格柵、點云、無人機傾斜攝影、BIM、DEM、鉆探、物探、監(jiān)測、地質(zhì)素描、臺賬、各專業(yè)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化等數(shù)據(jù)，以及圖紙資料檔案等，產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)格式、構(gòu)成方式、軟件平臺、硬件設(shè)備等多方面存在不同。

構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準應(yīng)對時空信息來源分散、異質(zhì)性高等數(shù)據(jù)特性，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理、融合機制，明確數(shù)據(jù)格式、傳輸方式、安全策略，為數(shù)據(jù)采集和匯聚提供標準基礎(chǔ)，確保數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，以統(tǒng)一的時空信息數(shù)據(jù)標準支撐集團級位置服務(wù)體系。

1.2 構(gòu)建高效的工程化數(shù)據(jù)采集、處理工具

目前，煤礦透明地質(zhì)、時空信息模型構(gòu)建、煤礦GIS一張圖的研究與實際應(yīng)用較多，積累了大量理論與實踐經(jīng)驗。各類相關(guān)建設(shè)項目是多項技術(shù)在單一礦井實施應(yīng)用，在系統(tǒng)建設(shè)初期效果良好，對地質(zhì)構(gòu)造進行較為精細化的描述并得到應(yīng)用。

隨著系統(tǒng)應(yīng)用時間的延長，由于日常數(shù)據(jù)維護及與建設(shè)廠商溝通合作等問題，圖紙更新不及時、各類數(shù)據(jù)融合受限，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量增大帶來在計算、輕量化表達、多端展示、數(shù)據(jù)完整性、加載性能等多方面的挑戰(zhàn)。

在圖紙數(shù)據(jù)方面，地測、通防、防治水、機電等各科室間使用不同的作圖軟件，導(dǎo)致不同格式圖紙和文檔互傳、無法做到基于同一底圖協(xié)同編輯，各科室圖紙信息獨立，業(yè)務(wù)難以協(xié)同。

構(gòu)建高效的工程化技術(shù)手段支撐時空信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、處理的高效、穩(wěn)定的工程化工具，滿足煤炭企業(yè)集團級時空信息位置服務(wù)的常態(tài)化運行使用，支撐煤礦矢量化圖紙數(shù)據(jù)采集與二三維一體化圖紙模型建模，在日常工作環(huán)節(jié)中支持煤礦用戶高效、便捷、標準化完成煤礦生產(chǎn)基礎(chǔ)資料的整理、錄入、更新和維護，將數(shù)據(jù)采集模式由被動批量化采集轉(zhuǎn)化為日常工作流程的無感知主動上傳，在不增加數(shù)據(jù)維護負擔的前提下，完成集團級位置服務(wù)信息的采集、存儲、處理與使用。

1.3 構(gòu)建統(tǒng)一的時空信息位置服務(wù)

煤炭企業(yè)集團為了應(yīng)對礦區(qū)地理位置分散、遠程管理溝通成本高等問題，利用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建各業(yè)務(wù)口集團級的統(tǒng)一人員定位管理、災(zāi)害預(yù)警、沖擊地壓大數(shù)據(jù)分析預(yù)警、全面預(yù)算管理、三級聯(lián)動應(yīng)急調(diào)度管理等平臺，包含礦井井下巷道拓撲及露天礦采坑或地面生產(chǎn)系統(tǒng)位置時空信息的集成與應(yīng)用。對時空信息數(shù)據(jù)的更新頻次、數(shù)據(jù)融合處理質(zhì)量要求提出更高要求，滿足位置服務(wù)一數(shù)同源、統(tǒng)一更新，且性能穩(wěn)定、支持高并發(fā)，服務(wù)的統(tǒng)一時空信息位置服務(wù)后臺提供矢量化空間數(shù)據(jù)，以支撐各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求。

時空位置信息和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合聯(lián)動，實現(xiàn)時空動態(tài)數(shù)據(jù)與各類分析監(jiān)測預(yù)警模型耦合，并建立空間拓撲關(guān)系。在統(tǒng)一時間坐標和空間框架下，科學(xué)合理組織煤礦地質(zhì)、測量、設(shè)備、監(jiān)測監(jiān)控、臺賬、生產(chǎn)技術(shù)資料、視頻等各類信息，將海量多源異質(zhì)數(shù)據(jù)資源進行全面、高效、有序整合，釋放數(shù)據(jù)資產(chǎn)要素價值。在此數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)上搭建煤礦空間服務(wù)平臺，提供高效強大的地理空間信息與時間序列數(shù)據(jù)處理引擎，為集團級其他業(yè)務(wù)數(shù)字化系統(tǒng)提供時空位置服務(wù)基礎(chǔ)功能、空間計算分析服務(wù)、二三維地圖服務(wù)等。

1.4 構(gòu)建三級聯(lián)動的一體化時空信息位置服務(wù)機制

在煤礦智能化建設(shè)過程中，礦井需要維護諸多涉及地理信息數(shù)據(jù)的信息化系統(tǒng)，包括人員定位、地質(zhì)保障、智能通風(fēng)、綜合信息化平臺、輔助運輸管理等系統(tǒng)。以上系統(tǒng)建設(shè)目標和承建廠商不同，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，數(shù)據(jù)標準和接口協(xié)議不統(tǒng)一，空間數(shù)據(jù)模型格式不一致，底層數(shù)據(jù)不互通。地理信息空間數(shù)據(jù)、二三維圖紙服務(wù)相互獨立，各系統(tǒng)技術(shù)兼容性差，數(shù)據(jù)更新機制不健全，圖紙數(shù)據(jù)無法自動形成與更新。重復(fù)維護各系統(tǒng)底圖位置數(shù)據(jù)耗費大量基層人員精力，且易出現(xiàn)各系統(tǒng)底圖不統(tǒng)一、巷道延伸更新不及時等問題。

構(gòu)建統(tǒng)一時空信息位置服務(wù)，結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理，支撐各類相關(guān)智能化建設(shè)子系統(tǒng)地圖位置服務(wù)更新，利用集團級時空位置服務(wù)體系中的二三維圖形數(shù)據(jù)處理、多源數(shù)據(jù)解析、煤礦統(tǒng)計地質(zhì)數(shù)據(jù)庫及時序數(shù)據(jù)處理的煤炭統(tǒng)一GIS數(shù)據(jù)信息協(xié)調(diào)處理共享能力，為各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源、地圖更新、GIS服務(wù)、空間計算引擎等服務(wù)。

統(tǒng)一時空信息位置服務(wù)與三級礦井井下定位裝置聯(lián)動，通過精確定位等技術(shù)自動獲取巷道延伸及回采位置數(shù)據(jù)，通過精確定位及協(xié)議解析等相關(guān)技術(shù)，對位置服務(wù)地圖數(shù)據(jù)進行維護，降低系統(tǒng)運行成本，通過采用IOT技術(shù)自動采集進尺等相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，開展更多礦井-二級公司-集團的三級聯(lián)動業(yè)務(wù)。

煤礦集團級時空位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)體系

為實現(xiàn)各級時空信息融合聯(lián)動，時空位置服務(wù)平臺采用矢量化圖形實體解析存儲、二三維一體化圖形基礎(chǔ)處理、輕量化三維可視化、圖形矢量化渲染、模型輕量化及更新、時空信息位置服務(wù)二次開發(fā)開放平臺等關(guān)鍵技術(shù)，以實現(xiàn)將CAD圖形實體直接矢量化解析存儲與渲染，Web頁面圖紙瀏覽可無級縮放，Web頁面三維模型可視化瀏覽、支撐集團應(yīng)用公共位置服務(wù)功能，以穩(wěn)定、長效、可靠、低維護成本的工程化手段，支撐三級聯(lián)動的煤礦時空信息位置服務(wù)體系。

2.1 矢量化圖形實體解析存儲技術(shù)

支持將CAD圖紙文件中的實體直接解析存儲在數(shù)據(jù)庫中，基于空間數(shù)據(jù)庫提供的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)，在軟件端和web端實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量圖紙的高速渲染顯示，不丟失圖形數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)圖紙矢量化解析、編輯與存儲，保障圖紙在制圖端與Web應(yīng)用端保存效果一致，無損數(shù)據(jù)交換、即時響應(yīng)，實現(xiàn)海量矢量化實體秒級更新。

合理存儲、處理關(guān)系型數(shù)據(jù)、矢量化數(shù)據(jù)、切片數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，基于混合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，面向海量矢量實體的混合大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)如圖2所示。

圖2 面向海量矢量實體的混合大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

2.2 二三維一體化圖形基礎(chǔ)處理及大數(shù)據(jù)計算技術(shù)

二三維一體化圖形基礎(chǔ)處理技術(shù)，全面兼容CAD2004到CAD2018，支持直接打開導(dǎo)入/導(dǎo)出DWG格式圖紙文件，具備計算機輔助制圖軟件基本的圖形繪制功能，包括圖形繪制、填充圖案、標記注釋、圖層管理等功能。

滿足二三維一體化進行數(shù)據(jù)聯(lián)動，自動生成可更新的輕量化三維模型，基于三維孿生模型的展示和數(shù)據(jù)的集成，進行模型的查看定位與顯示隱藏、巡檢漫游、地質(zhì)剖切、通風(fēng)線路、避災(zāi)線路、綜合監(jiān)測設(shè)備等功能，給用戶真實的3D體驗感受。滿足在海量數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)上支持數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)匯總、位置查找、模式分析和空間分析等多種矢量大數(shù)據(jù)分析方法，矢量大數(shù)據(jù)處理計算如圖3所示。

圖3 矢量大數(shù)據(jù)處理計算

2.3 矢量化分級渲染及模型輕量化技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)實時分級計算，采用漸進式傳輸機制，通過可視域分級調(diào)度策略和異步繪制，實現(xiàn)大規(guī)模海量數(shù)據(jù)的高性能表達。在Web端通過編譯解析數(shù)據(jù)庫中的矢量圖形實體數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換成矢量圖渲染展示至Web頁面，任意縮放瀏覽，可進行空間位置測量查詢、圖形實體搜索查詢、并支持Web端查看圖形實體基本屬性信息。

服務(wù)器端實時計算、無需提前裁圖，并且需要采取主次分明的繪制策略，突出重點適當取舍做到用戶無感知加載。采用漸進式傳輸機制，緩解用戶等待時長，實現(xiàn)客戶端的大數(shù)據(jù)量高效渲染，海量矢量化實體分級渲染技術(shù)如圖4所示。

圖4 海量矢量化實體分級渲染技術(shù)

2.4 煤礦時空模型輕量化及全空間模型構(gòu)建更新技術(shù)

三維模型含有大量幾何信息，對加載和顯示設(shè)備的軟硬件要求高。在智能移動終端設(shè)備上加載顯示GIS數(shù)據(jù)等三維數(shù)據(jù)，需滿足GIS數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)的輕量化加載，通過過濾冗余信息、簡化模型，達到對三維模型的快速交互、渲染，實現(xiàn)性能和三維仿真效果的平衡。

采用高性能的三維數(shù)據(jù)壓縮算法、先進的三維數(shù)據(jù)調(diào)度算法、多通道多屏幕畫面輸出技術(shù)，時空流數(shù)據(jù)整理和分片打包傳輸算法、基于K-D樹的大規(guī)模場景圖形數(shù)據(jù)的空間剖分算法，高效壓縮三維數(shù)據(jù)文件，壓縮后的文件為原文件的1/3，實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)動態(tài)加載調(diào)度，從底層直接調(diào)用三維圖形函數(shù)庫，充分利用硬件對于三維圖形渲染的能力，提高目標系統(tǒng)的三維運行效率，降低系統(tǒng)對于硬件環(huán)境的苛刻要求，實現(xiàn)在web端的實時瀏覽、分享、下載的模型的功能。

全空間模型快速構(gòu)建技術(shù)融合多源地學(xué)多屬性數(shù)據(jù)，快速構(gòu)建復(fù)雜地學(xué)特征的三維模型，實現(xiàn)全流程一體化的地學(xué)模型構(gòu)建，輕量化全空間模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)如圖5所示。

圖5 輕量化全空間模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)

2.5 統(tǒng)一時空信息模型的開放性位置服務(wù)技術(shù)

統(tǒng)一信息模型是對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認識與數(shù)字化再現(xiàn)基礎(chǔ)，在統(tǒng)一時間坐標和空間框架下，科學(xué)合理地組織各類礦山信息，全面、高效和有序地存儲和整合海量異質(zhì)礦山信息資源，建立統(tǒng)一信息模型庫，完成對全信息、全要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有機整合，支撐從簡單數(shù)據(jù)展示與共享，升級到數(shù)據(jù)計算與服務(wù)功能。

基于連通性巷道模型可提供逃生路線計算、通風(fēng)計算等服務(wù)，全面的地測數(shù)據(jù)，提供透明地質(zhì)剖切計算、瓦斯分布推演服務(wù)，基于三維井工空間，為透水模擬提供高精度體積計算服務(wù)，基于空間坐標體系，為井下車輛調(diào)度提供多源數(shù)據(jù)的坐標換算與歸一化服務(wù)等，基于統(tǒng)一時空信息模型的開放性位置服務(wù)技術(shù)如圖6所示。

圖6 基于統(tǒng)一時空信息模型的開放性位置服務(wù)技術(shù)

煤礦集團級時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建方法

煤炭企業(yè)集團級時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建以煤礦統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫為核心，統(tǒng)一時空信息模型作為數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用的核心載體，打通煤礦生產(chǎn)一線單位到能源集團的時空信息矢量化圖形數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸通道，構(gòu)建各專業(yè)橫向聯(lián)動、各級單位縱向共享的協(xié)同模式。實現(xiàn)地測、機電、通防、生產(chǎn)技術(shù)及調(diào)度信息各專業(yè)圖紙在線協(xié)同編輯，以及聯(lián)動自動更新在線審批電子簽名自動上報，構(gòu)建3級聯(lián)動的時空信息底座，以統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)支持二次開發(fā)的模式，構(gòu)建集團級統(tǒng)一位置服務(wù)數(shù)據(jù)云共享服務(wù)平臺，為集團端及礦端的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)升級改造提供時空信息數(shù)據(jù)、圖形應(yīng)用及空間計算分析服務(wù)。

采用穩(wěn)定、長效、易于維護的工程化技術(shù)，設(shè)計面向基層工作流程的數(shù)據(jù)主動采集工具，減少數(shù)據(jù)維護工作量，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)同源和標準化，充分挖掘信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)價值，賦能煤礦生產(chǎn)技術(shù)資料的數(shù)字化管理，實現(xiàn)精細化數(shù)據(jù)管理，釋放時空信息價值。

3.1 時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建原則

（1）統(tǒng)一管理、標準先行

集團級時空信息位置服務(wù)的構(gòu)建，依賴相對細致的標準化制圖方法，為保障項目質(zhì)量，實現(xiàn)共性統(tǒng)建、業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享，制定相關(guān)標準規(guī)范包括：煤礦制圖統(tǒng)一標準、統(tǒng)一圖紙信息化管理規(guī)定以及煤礦統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準等，滿足數(shù)據(jù)、技術(shù)和管理等方面對礦圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息化要求。

（2）數(shù)據(jù)集中、統(tǒng)一運維

利用私有云基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)集中分類存儲。建立煤炭企業(yè)的集團-二級公司-三級生產(chǎn)單位各層級信息化服務(wù)管理框架，實現(xiàn)平臺統(tǒng)一運維。

（3）業(yè)務(wù)導(dǎo)向、功能實用

以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，結(jié)合實際，以解決煤礦生產(chǎn)技術(shù)資料管理與繪圖存在的問題為切入點，建立以實際業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向的煤礦時空信息位置服務(wù)體系。在系統(tǒng)功能方面，確保系統(tǒng)的有效性和實用性，選擇合適的技術(shù)和產(chǎn)品，使系統(tǒng)達到最佳的性價比。強調(diào)系統(tǒng)功能實用、界面應(yīng)易學(xué)易用，操作簡便。

（4）擴展升級、數(shù)據(jù)安全

作為軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，具備充分的擴展功能，根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要，優(yōu)化升級系統(tǒng)，使軟件系統(tǒng)不斷優(yōu)化完善。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)層安全措施，防止非授權(quán)用戶訪問以及操作人員的越權(quán)操作，確保煤礦生產(chǎn)技術(shù)資料的安全保密。

3.2 煤礦集團級時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建架構(gòu)

時空信息位置服務(wù)體系以煤礦時空信息數(shù)據(jù)庫、時空信息應(yīng)用服務(wù)為基礎(chǔ)，整合各類時空信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對時空大數(shù)據(jù)的存儲管理與建模，基于統(tǒng)一時空信息模型技術(shù)架構(gòu)，對鉆探數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、地質(zhì)測量、DEM數(shù)據(jù)、激光點云、傾斜攝影、礦井設(shè)計、圖紙臺賬等時空數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和標準化轉(zhuǎn)換。

分解索引時空信息二三維數(shù)據(jù)，并與安全、生產(chǎn)、經(jīng)營管理、生產(chǎn)時序數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)。整體架構(gòu)由協(xié)同繪圖工具、在線時空數(shù)據(jù)處理引擎及對外時空數(shù)據(jù)及位置服務(wù)組成，用于煤礦圖紙與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集上傳，統(tǒng)一存儲管理與分析，并通過統(tǒng)一時空信息模型公共服務(wù)，為集團級、礦級各類信息化智能化系統(tǒng)提供圖紙、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和GIS平臺功能服務(wù)，具體包括安全生產(chǎn)技術(shù)綜合管控平臺、生產(chǎn)技術(shù)資料管理系統(tǒng)、生產(chǎn)動態(tài)管控系統(tǒng)、全面預(yù)算管理等集團級系統(tǒng)，以及地質(zhì)保障、人員定位、輔助運輸、智能通風(fēng)等礦端應(yīng)用系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)和功能服務(wù)。集團級時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建架構(gòu)如圖7所示。

圖7 煤礦集團級時空信息位置服務(wù)體系構(gòu)建架構(gòu)

（1）邊緣層數(shù)據(jù)主動與被動采集

開發(fā)可融入各科室人員日常制圖工作流程的工程化工具，并在制圖過程中完成數(shù)據(jù)采集，兼容AUTOCAD、中望CAD的煤礦數(shù)據(jù)處理、二維繪圖與三維建模為一體的GIS軟件。支撐煤礦用戶高效、便捷、標準化地完成煤礦生產(chǎn)基礎(chǔ)資料的整理、錄入、更新和維護。實現(xiàn)圖紙數(shù)據(jù)處理入庫與二三維自動建模，支持與AUTOCAD、中望CAD的數(shù)據(jù)互通，支持各類圖形文件格式打開/保存功能。具備地質(zhì)、測量、水文、儲量等數(shù)據(jù)管理功能，支持用戶高效、便捷、標準化地完成煤礦圖紙的整理、錄入、更新和維護。被動采集層實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)接入和分析，針對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)、多協(xié)議兼容解析，兼容互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議如WebSocket、Http，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議如MQTT，工業(yè)協(xié)議如OPCUA、Modbus等協(xié)議，滿足不同格式的模型文件（OBJ、FBX、DAE等）轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式，以便于管理和處理。利用視頻流解析工具，將各類視頻圖像數(shù)據(jù)進行融合解析。

（2）時空信息基礎(chǔ)服務(wù)層

為使時空信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型和引擎分析功能賦能各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，利用容器服務(wù)、鏡像倉庫、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、存儲服務(wù)、虛擬化技術(shù)等各類服務(wù)和中間件，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行環(huán)境的統(tǒng)一治理，確保系統(tǒng)的可靠性、易維護性、拓展性等。按照服務(wù)層次劃分，進一步分為空間服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、開發(fā)服務(wù)等?？臻g服務(wù)包括空間數(shù)據(jù)操作、空間數(shù)據(jù)分析、空間統(tǒng)計分析和空間建模等，通過拓撲分析、疊加分析，距離、面積、路徑計算等方式對空間幾何對象進行數(shù)據(jù)處理和可視化操作，實現(xiàn)對時空數(shù)據(jù)的分析計算。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)層

利用PostgreSQL+大規(guī)模數(shù)據(jù)處理框架對數(shù)據(jù)進行處理，并與數(shù)據(jù)湖服務(wù)對接，同時向外提供關(guān)系數(shù)據(jù)表管理、通用文件和屬性存儲、業(yè)務(wù)邏輯關(guān)聯(lián)、FatDFS文件儲存、時空-業(yè)務(wù)拓撲關(guān)系、OpenTSDB時序數(shù)據(jù)庫等服務(wù)。在完成數(shù)據(jù)的匯聚、融合和存儲后，開發(fā)圖形數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)、空間數(shù)據(jù)接口服務(wù)、協(xié)同組件、數(shù)據(jù)校核關(guān)聯(lián)、空間索引、訪問權(quán)限、數(shù)據(jù)過濾、工作流、聊天溝通以及消息機制等按需推送的煤礦時空數(shù)據(jù)共享及GIS服務(wù)。通過不同引擎服務(wù)賦能煤礦子系統(tǒng)信息應(yīng)用，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)分析、地測通防、安全監(jiān)控、應(yīng)急救援、人員定位等其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與時空數(shù)據(jù)信息的融合。

（4）開發(fā)服務(wù)層

使用HTML、CSS和JavaScript等技術(shù)構(gòu)建用戶界面，利用應(yīng)用框架如React、Angular或Vue.js提高開發(fā)效率和用戶體驗，為上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供服務(wù)網(wǎng)關(guān)、注冊中心、配置中心、服務(wù)鏈路追蹤、分布式事務(wù)、負載均衡、熔斷限流降級、日志采集分析等。

（5）業(yè)務(wù)服務(wù)層

利用Springboot和模塊化開發(fā)，將業(yè)務(wù)子系統(tǒng)拆分為多個小型獨立模塊，支持模塊拆分和組合，以實現(xiàn)功能快速復(fù)用和部署遷移。利用自動化運維技術(shù)，將傳統(tǒng)手動運維自動化，提高系統(tǒng)的維護效率和可靠性。通過ETL技術(shù)和SoA技術(shù)，高效整合來自不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。綜合考慮前端、后端、數(shù)據(jù)管理、安全和云計算等多個方面的技術(shù)，支撐不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的兼容、分析和迭代升級。

結(jié) 語

煤礦集團級時空信息位置服務(wù)構(gòu)建經(jīng)驗表明：限制各類時空信息、透明地質(zhì)等技術(shù)常態(tài)化應(yīng)用的瓶頸是缺少穩(wěn)定、長效、可靠、低維護成本的工程化手段。將時空數(shù)據(jù)采集融入基層工作流程中，變被動批量式數(shù)據(jù)采集為日常工作中的主動上傳，以可靠的工程化手段支撐時空信息位置服務(wù)的價值釋放。

煤礦時空信息模型、透明地質(zhì)、位置服務(wù)等屬于煤礦智能化建設(shè)領(lǐng)域新興技術(shù)，發(fā)展需逐步從理論、實踐、管理、服務(wù)各方面全面完善。統(tǒng)一時空信息模型、位置服務(wù)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，通過數(shù)據(jù)信息整合產(chǎn)生知識，發(fā)展方向應(yīng)以更高的維度對時空信息模型進行抽象，融合各學(xué)科為煤礦安全生產(chǎn)管理提供更加科學(xué)的知識服務(wù)體系。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

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