矿山总图信息管理系统设计与实现.pdf

S e rie s No ． 3 2 9 No v e mb e r 2 0 0 3 金 属 矿 山 ～ 正 TAL M I NE 总 第 3 2 9期 2 0 0 3 年第 1 l 期 矿 山总图信 息管理 系统设计 与实现 * 陈永锋邵必林张志霞 西安建筑科技 大学 摘要针对传统的图纸或总图存放与管理难以保存 ， 借阅不便等问题， 进行了矿山总图信息管理系统设计， 该设计突出综合性 、 开放性 、 灵活性、 模块化和相关性 的原则， 合理地组织图层信息和属性数据， 实现数据处理、 查 询检索 、 统计分析等功能。在系统开发上， 利用 GI S建立地理信息平面 、 C A D绘制空间信息图以及数据库技术等实 现矿山信息的数字化管理。 关键 词矿 山总图 体 系结构 系统功能 De s i g n a n d Re a l i z a t i o n of I nf or ma t i o n M an a g e m e nt S y s t e m of Ge n e r a l Pl an o f M i ne s Ch e n Yo n g f e n g S h a o Bi l i n Z h a n g Z h i x i a ’ a n Un i v e r s i t y o fAr c h i t e c t u r a l S c i e z c e a m t T e c h n o l o g y Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e p r o b l e ms o f d i f f i c u l t s t o r a g e a n d i n c o n v e n i e n t b o r r o w a n d r e a d i n g i n t r a dit i o n a l p a p e r t y p e g e n e r a l p l an ，t h e d esi g n o f a i n f o r ma t i o n ma n a g e me n t s t e m o f g e n e r a l p l a n o f mi n es wa s ma d e ，in wh i c h t h e p r i n dp l es o f s y n t h esi s ，o p e n i n g， fl e x i b i l i t y ， mo d u l a r i z a t i o n an d r e l a t i v i t y we r e s t r e s s e d ， t h e i n f o rm a t i o n o f d r a wi ng l a y e r s a n d a t t r i b u t i v e d a t a we r e r a t i o n a l l y o r g a n i z e d a n d t h e f u n c t i o n s o f d a t a p r o c e s s i n g ， q u e r y ， r e t r i e v al， s t a t i s t i c s a n d a n a l y s i s r e a l i z e d． I n t h e s t e m d e v e l o p me n t ， GI S Was u s e d t o est a b l i s h t h e p l a n e o f g e o g r a p h i c a l i n f o rm a t i o n ， C AD t o d r a w t h e s p a t i al i nfo r ma t i o n p i c t u r e a n d dat a b a s e t e c h n o l o g y t o r eal i z e t h e d i g i t a l i z e d mana g em e n t ． Ke y wo r d s Ge n e r a l p l a n o f mi n es， S y s t e m s t r u c t u r e， S y s t em f u n c t i o n 矿山总图是 由矿 山建筑 、 道路 、 管 网等组成 的矿 山基础工程。传统的矿山总图信息的管理采取手工 管理的方式 ， 其施工、 竣工 图及其它相关 资料通常 以 纸为存储载体， 以图纸的形式存放在档案资料室， 给 以后的施工和管理带来很大的困难 。针对这一现状 ， 本文以矿 山建筑 、 道路和管网为研究对象 ， 综合应用 计算机技术 、 数据库技术 以及优化决策技术 ， 研究矿 山总图信息的科学管理方法， 以实现对矿山总图信息 的数字化管理， 提高矿山总图信息的综合利用水平。 1 总体设计 在系统总体设计中遵循以下原则 1 综合性。系 统的开发应站在系统的全局角度， 保证具有综合、 全面 的功能。 2 开放性。系统应具有较好的开放性 ， 以便 于以后的改进和再开发。 3 灵活性。系统 的功能力 求达到灵活 、 易操作、 便于理解。 4 模块化。系统的 功能设计实行模块化， 以便于系统的分解和使用。 5 相关性。既考虑系统的相对独立性 ， 也考虑其它系统 的信息包含和数据共享、 数据联系及同属关系。 I ． I 系统体系结构 整个系统 可 以分为基 础层 、 专题 层和 分析层 。 1 0 基础层是一个空间公共定 位基础 系统 ， 它展 示矿山 总图信息各个要素的地理关系。专题层包括建筑 、 道路、 管网等空间定位和相关信息。分析层包括综 合分析 、 辅助决策 、 发展规划 3部分 。 1 ． 2 图层信息组织 本文空间数据库 中， 将不 同类不 同级 的图元素 进行分层存放， 每一层存放一种专题或一类信息。 在同一层信息中， 数据都具 有相同的几何特征和相 同的属性特征。每个图层具有如下特征。 I 可见性。图层 可以打开或关 闭。打开的图 层是可见的， 关 闭的图层则不可见 。只有打 开的图 层才能在屏幕上显示或在绘图仪上绘 出。 2 绘图特征 同一性 。同一图层具有相 同的绘 图颜色、 相同类型的线型、 相同的符号标记等绘图特 征 。 3 叠加性。各个不同的图层可 以相互叠加， 形 * 陕西省 教育厅 重点科研计划项 目资助 0 0 J K1 9 1 陈永锋 ， 西安建筑科技大学管理学 院， 副教授 ， 7 1 0 0 5 5陕西 省西安 市 雁塔 路 l 3号。 维普资讯 陈永锋等 矿山总图信 息管理 系统设计与 实现 2 0 0 3年第 1 1 期 成一种多图层的综合图。本文的综合图包括建筑分 布 、 道路和管网， 每一层描述研究区域的一类特征。 本文根据专题来划分图层 ， 分为建筑分布图层 、 道路 网络 图层和管网图层 ， 这样 ， 便 于同类矿山总图 信息的查询 。 1 ． 3 属性数据的管理 本系统把处理功能的具体 内容分成若干个子功 能 ， 然后再把每一个子功能继续分细 ， 根据功能要求 建立相应 的属性数据库 。例如本系统 中的查询功能 可分为建筑物查询 、 道路查询和管 网查询 ， 相应的建 立建筑 、 道路 和管网的属性数据库 。 另外 ， 对于庞大 的系统 ， 建立数据库的前提就是 编码。一条管线的代码由方位码、 分类码和序号 3 部分组成， 道路代码由方位区码 、 分类码、 走向码和 序号构成。这种代码管理方式非常有效，且不影响 数据库 的新建和修改 。 2系统功能 系统功能如图 1所示 。 图 1 系统功能 2 ． 1 菜单功能 图 2是系统的输入 主菜单 ， 它实现了系统 的分 类、 输入的功能， 其具体的输入指标根据矿山信息类 型的不同而不同。 文件 编辑 哩 视图 插入 格式 心 工具 辽 绘图 标注 修改 迹】 帮助H 输入构造显示查淘统计 图 2 系统主菜单 2 ． 2 子系统功能 在上面提到， 空 间数据具有 网络的拓扑关系 ， 因 此数据库系统应具有产生拓扑关系和管理 、 维护 、 修 改拓扑关系的能力， 以及联合操作空间数据和属性 数据的能力。本文就 以此为 出发点 ， 建立模块化管 理。我们把整个信息系统概括为以下几个模块。 1 数据处理。该模块 的主要功能是数据 的输 入 、 分类和入库， 另一功能是数据 的动态更新。系统 提供多种工具完成对 图形 、 属性 等数据的更新， 保证 数据的准确性和现实性。图3 是管线信息输入菜单。 图 3管线数据输入 窗口 2 查询、 检索。查询、 检索是矿山总图信息管 理系统的主要功能模块 。通过地图引导 ， 可以查询 、 检索有关信息。例如 管网可分为管线和附属物 2 大类 ， 系统可对此提供数图 、 图数及缓冲区等多种查 询方式 ， 既可对一种管线 ， 也可对各种管线 同时进行 查询 。 3 统计 、 计算 、 分析 。该模块完成对各种条件 的网络统计 ； 生成路 网、 管 网剖 面图 ， 为用户提供更 详实的资料 。另一功能是做 系统分 析 ， 具体包括地 理分析和决策分析 。 地理分析 ①测量距离 。可测量任意 2点 的直 线或折线距离 ， 计算最短路径 。例如在某建筑物发 生火灾时 ， 找出距该建筑物最近的消火栓 ， 并确定其 位置。②对象搜索。可进行 多边形搜 索 、 矩形搜索 和半径搜索 。③缓 冲带。例如找 出某 段管线 2侧 1 0 m内的所有建筑物集合， 并确定其位置。④地理 运算。可根据对象与其它对象之间相交、 相邻 、 包含 的空间关系选择数据子集。例如， 当需要挖掘下水 道时， 首先要找出与下水道相交的所有通信线 、 电缆 线、 输气管道等， 并确定它们的位置， 避免误挖。 决策分析 为用护提供最优决策方案 。例如提 供道路最佳铺设方案。 4 信息输出。本系统除了完成各类报表的输 出外 ， 还生成各种路 网图和管线 图， 提供完善 的图形 处理工具 ， 向用户提供各种所需资料 。如图 4 ， 通过 “ 显示” 菜单可以输出我们所需的矿山总图信息。 建梅筑物布置图 管线综合图 道路平面图 竖向 I 面图 __●_--__-_●--●一 关闭坐标 ． 局部放丈 图 4 显示主 菜单 口 维普资讯 总第 3 2 9期 金 鬣 砖 2 0 0 3年第 1 1 期 5 系统维护工具。系统资料 编辑涉及到系统 的空间 、 属性等信 息 ， 这些信 息的 安全管理 至关重 要 。因此 ， 系统应提供安全机制 以免数据 的非法使 用及流失 ， 还应提供各种工具 ， 以保障系统安全 、 高 效地运行。 3 开发技术 本系统利用 GI S 、 C AD以及数据库技术 实现矿 山总图信息的数字化管理 。 1 地理信息平面。本系统利用 G I S 有关的软 件建立地理信息平面， 反映矿山总平面布置， 以便于 直观查询 。总平面布 置的绘制是 利用 GI S软件来 实现的。目前应用最广的地理信息系统软件之一是 Ma p I n f o 。Ma p I n f o具有强大的空间数据处理功能 ， 譬如它 内置功能强大的关系数据库 ， 具有强 大的兼 容性 ， 支持标准 S QL查询 ； 提供 了多种制 图可视化 方式 ； 具有多种投影转换接 口； 可对已有数据进行动 态更新 与维护。 2 空 间信息 图。Au t o C AD具有 较强 的数字 制图功能 ， 它采用先进的计算机可视化技术 ， 以拓扑 数据结构为基础， 可以绘制精确详细的图形， 从而避 免了 Ma p I n f o数据结构的不足。不仅可 以绘制二维 图形 ， 还可以编制三维图形 ， 当然也可以对工程 图形 进行绘制。本系统利用 Au t o C AD的绘 图功能较强 的优势， 绘制好各种空间信息图并建立相应的属性 数据库 。 3 图形转 换技术 。在 Au t o C AD中绘制好 矢 量 图后 ， 就 可 以从 Au t o C AD中把 矢 量 图转 绘 到 Ma p I n f o中， 矢量 图的转换有 2种方法 第一 ， 通 过 Ma p I n f o工具栏 中的 u n i v e r s a l t r a n s l a t o r 进行转换 ， 但转换后在 Ma p I n f o中进行该图层重新编绘时会受 到范围的限制， 超越原图边界进行修改比较困难 ， 另 外这种矢 量文件 的转换 没有 图层 的选择性 ， Au t o ． C AD中所有图层都转换到 Ma p I n f o的不 同图层 中。 第二 ， 通过 Au t o C AD中的 e x p o r t 和 Ma p I n f o表 中的 转入功能进行转换 。这种转换功能多， 且方便易行 ， 它既可 以避免重新修改矢量 图示的一些范 围限制 ， 又可以较为方便地进行地理坐标的转换 ， 而且可 以 较为容易有选择地把 Au t o C AD中各层 的 内容分别 转到 Ma p I n f o的不同图层 中 ， 从 而可以克服工具转 换 中图层转换无选择余地的现象 。 4结论 研究的矿山总图信息管理系统综合应用计算机 辅助设计 C AD 、 地 理信息系统 GI S 和 数据库技 术， 在计算机硬件和软件支持下实现了对空间信息 和属性信息进行存储、 查询、 分析和计算的功能， 并 可以为用户提供决策支持。另外本系统对于其它相 关信息管理系统的开发有一定的借鉴作用， 它可以 继续延伸 、 集成 ， 进一步建立集 矿山管理 、 防灾和环 境监管等为一体的信息管理系统 。 收稿 日期2 0 0 3 ． 0 7 ． 3 0 上接第 9页 工作线和进路的回采周期； b ． 采用合理的回采顺序； C ． 采用 阶梯状 回采工作 面形式 ； d ． 确保巷道掘进 质 量； e ． 不遗留矿岩实体； f ． 正确选择联巷的位置。 2 支护。该矿 以前的支护主要 是钢筋混凝土 支护和木支护， 由于很难接顶 ， 只能是当巷道顶板破 坏落在支架上才能起到支撑作用 ， 即被动支护 ， 不能 有效地防止围岩支护 。当破坏范 围大难 以支护时 ， 就出现丢矿的现象。喷锚网支护及时， 工作简便， 速 度快 ， 使围岩能够及 时发挥 自承能力。在井 下共支 护巷道 2 1处 ， 支护 长度 4 0 1 m， 支护后 的巷道 采用 喷锚网没有冒落现象， 产生的小块脱离层被金属网 兜住 ， 锚杆没有被拨出， 采用缝管式锚杆在 一1 6 0 m 东区通过了9 m的冒落区。现场的实践表明， 这种 方法是成功的 ， 应推广下去 。 7 结论 1 巷道破坏的主要因素是岩性的软破和结构 1 2 面发育 ， 采掘顺序和支护方式不合理； 其次是巷道暴 露面积大， 存留时间过长等。 2 主动控制地压是保证巷道稳 固性的重要措 施 ， 采取的方法是 集中作业， 强化开采； 采用合理的 回采顺序； 上部分段不残留矿岩实体， 避免滞后进路 的存在以及采取阶梯状 回采工作面等。 3 采用适 宜的支护形式 ， 采用缝 管式锚杆 为 主的喷锚 网联合支护软破矿岩体 ， 主动加固围岩 ， 充 分发挥围岩的 自承能力 。 4 计算机数值模拟结果表明， 平行回采时， 进 路 的应力集中较小 ， 应力和位移呈对称性分布 ； 而滞 后进路和有残留矿体时， 对下部分段影响很大， 不利 于巷道 的稳固； 结构参数对巷道 的稳 固有较 大的影 响。 5 数值模拟的应力分布与见到的巷道破坏影 响相吻合 ， 可以为巷道的支护提供依据。 收 稿 日期2 0 0 3 ． 0 8 ． 2 5 维普资讯