煤矿井下可视化地理信息系统的应用研究.pdf

2 0 2 0年第0 5期 煤矿井下可视化地理信息系统的应用研究 彭 爱 同煤集团四台矿地测科, 山西 大同 0 3 7 0 0 0 摘 要 针对目前矿山地理信息测量时存在的方法落后、 效率低下、 可视化效果差等严重影响煤矿安全生产的难 题, 提出了将可视化和信息化自动测绘技术引入煤矿地理信息化测量中的方案, 将地质测量信息导入系统 的数据处理库内, 由系统自动进行三维化处理, 实际应用表明, 该可视化地理信息系统具有精度高、 直观性 好的优点, 极大地提高了矿山地理信息化水平和精确性。 关键词 地质测量信息系统; 遥感测绘; 测绘效率; 矿区三维可视化 中图分类号 T D 1 6 7 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 5. 0 2 2 0 引言 目前, 矿山地理测量采用传统的人工地质勘查测量 方式对区域内的地质信息进行测绘, 存在测绘效率低下、 测绘实物与实际相差较远等问题, 给煤矿开采过程带来 了严重的安全隐患, 因此如何利用现代信息化技术实现 对煤矿地质信息的测绘, 将传统的二维结构的地质模型 转变为三维可视化状态, 提升测绘效率和精度, 满足人们 地形观测时直观、 可靠的要求, 提升煤矿开采时的安全性 和效率便成了矿山生产企业不得不面对的问题, 因此本 文结合矿山测量信息化技术的发展现状及数字化地理信 息测量的需求, 对三维可视化地质测量信息化系统进行 了深入研究, 取得了显著的成果, 目前该系统已得到了广 泛的应用, 极大地提升了矿山地理信息化水平和精确性, 对提升矿山生产安全水平等具有十分重大的意义。 1 地质测量信息系统的结构及工作原理 基于可视化地理信息系统的实际需求, 在构建该信 息系统时根据实现的难易程度, 对系统功能进行分解, 建 立起不同的控制模块, 将各个模块间利用数据信息接口 进行集成和信息的交互, 其整体结构如图1所示。 图1 可视化煤矿地理信息系统整体结构示意图 如图1所示, 该系统中的基础信息平台主要用于对 各种基础数据信息进行录入和编辑等; 综合查询平台主 要用于对外进行三维地质信息的查询; 图形处理平台主 要用于对三维地质图形进行优化处理, 提升其清晰度, 满 足不同等级人员的查阅需求。 在该信息化系统中为了避免传统的客户机/服务器 结构在使用过程中存在的大量数据访问或者上传时无缓 存服务器导致的运行缓慢, 无法第一时间对数据请求进 行响应, 难以满足高精度地理数据信息应用需求的现状, 采用了一种新的浏览器W e b服务器数据服务器结 构。该数据交换形式能够实现数据信息的缓存和处理功 能, 在大量数据进行传输的过程中建立一个虚拟的服务 器, 并建立临时访问路径, 实现访问过程中数据的快速调 用, 当系统不执行其他操作时, 数据将实现快速上传, 进 而实现了快速性和数据存储安全性的统一, 极大地提升 了可视化信息系统的应用可靠性。 在工作过程中, 首先将地质测量信息导入系统的数 据处理库内, 然后由系统的数字化处理软件根据系统内 的基础数据来实现对地质信息的自动编录和细化处理, 使其形成三维结构模型, 同时自动实现对矿块图、 剖面 图、 地质图的自动生成, 该三维可视化信息处理系统的工 作原理如图2所示[ 1]。 图2 三维可视化地质测量系统工作原理示意图 55 计算机与信息技术 自动化应用 收稿日期 2 0 2 0 - 0 3 - 1 2 作者简介 彭爱 1 9 9 0 , 女, 本科,2 0 1 6年毕业于辽宁工程技术大学, 助理工程师, 研究方向为煤矿地测系统信息化。 2 0 2 0年第0 5期 2 煤矿三维可视化场景建立 三维可视化煤矿地质测量信息系统主要包括了煤矿 地质条件模型的建立以及实现模型中的漫游功能, 在进 行煤矿三维可视化建模时, 采用Rm i n e数字化三维转换 平台[ 2], 将利用遥感测绘的信息传输到该空间三维处理 软件系统中自动实现对空间数据的分析计算, 根据不同 测点的高程情况实现对数字信息的三维可视化处理。为 了满足对三维可视化场景的精细化处理要求, 可同步利 用实时采集的测绘区域的地貌特征对系统三维可视化模 型进行修正处理, 其系统内的高程数值设置为从高处到 低处的层级分布, 其在煤矸石的堆砌区域呈现山包状的 分布, 在进行三维可视化修编时, 首先对二维地形数据中 的各地貌标定进行关键要素提取, 利用D EM提取出最原 始的等高线型图, 融合为新的地形规划图, 要特别注意在 对关键地貌标定线进行修编时检测各点高程过渡和高线 交叉而导致的数据信息处理失真的问题。 在建立了初步的地貌模型后, 系统调取渲染软件, 对 地貌进行渲染处理[ 3], 使不同的地貌以不同的颜色进行 相应的标示, 满足三维可视化的要求, 其渲染后的效果如 图3所示。 图3 渲染后的三维可视化煤矿地质模型 3 煤矿地质信息数据库的构建 煤矿生产作业持续时间长, 在不同的开发阶段均需 要对其地质信息情况进行对比, 所涉及的数据信息量大, 因此需要对可视化三维地质模型构建信息数据库, 用于 对各类地质数据信息进行统一的管理, 便于后续的修正 等, 当需要查阅时可以从该数据信息库中直接调用该类 数据信息, 该数据信息库主要包括以下几个部分[ 4] 1 测绘结果分布数据库 该数据库主要包括实测地 形图、 遥感卫星图片、 各类控制点、 钻孔坐标等具有拓扑 关系的地质空间信息和关系结构描述信息; 2 地质水文库 主要包括各类水文孔、 煤矿区域内 的地质水系等; 3 三维模型数据库 主要包括了各类转换后的具有 不同分辨率的三维可视化数据模型; 4 地质数据库 主要包括了矿区内的底座图、 岩心 品位、 岩心数据等; 5 源数据库 主要是各类用于表述数据的源数据, 利用该源数据库能够有效地提升系统的数据检索效率, 提升系统的整个使用效率。 4 煤矿地质测量信息系统的应用 为了对该可视化信息系统的应用情况进行分析, 以 某矿山坑口为分析对象, 该坑口开采时间较长, 由于规划 时间较早, 因此矿井的设计均是通过二维手工绘图的方 式来实现的, 给后续的施工和煤矿安全生产造成了极大 的安全隐患, 为了提升该矿山地理化测绘的精确性, 对可 视化地质测量信息系统的应用方案进行了研究, 并进行 三维转换数值化信息系统开发, 利用已有的矿山测量资 料首先对其进行二维电子图档的绘制, 完成二维化信息 转换后, 对数据信息情况进行了长达4个月的准确性复 测, 并在井下建立了用于三维化转换的定级数字坐标, 然 后将其分别导入该数据信息系统中, 建立了包含矿区地 貌、 钻孔条件及井筒分布的三维可视化地质模型, 其结构 如图4所示。 图4 矿区三维可视化模型 由图4所绘制的矿区三维可视化模型可以看出, 将 矿区地质条件由二维实现三维可视化后, 能够直观地对 矿区的地形、 地貌及井筒、 巷道分布情况进行直观的了 解, 能极大地提升煤矿安全生产的管控能力, 目前该三维 可视化地质测量信息系统已在多座矿山测绘中到了广泛 的应用, 取得了极显著的效果。 5 结语 三维可视化地质测量信息系统是实现矿山地质安全 信息化管理的核心, 本文根据同煤某矿的实际情况, 开发 了一种基于二维数据信息转换的三维可视化系统, 通过 在矿山测量中的实际应用, 表明该系统能够精确地将二 维地形资料转换为三维可视化地形, 且该系统还具有视 角转换和漫游功能, 能极大地提升矿区地质系统的精确 性, 提升 煤 矿 综 采 作 业 安 全 性, 具 有 极 高 的 应 用 推 广 价值。 下转第5 9页 65 自动化应用 计算机与信息技术 2 0 2 0年第0 5期 定义了a c t o r网络和c r i t i c网络和奖励函数, 验证了智能 体在模拟环境中能安全地行驶。 参考文献 [ 1] Q. M e m o n,M. A h m e d,S. A l i . S e l f - D r i v i n g a n d D r i v e r R e l a x i n g V e h i c l e[C] / /I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n R o b o t i c s a n d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c eI C R A I ,2 0 1 6. [ 2] V. M n i h,K. K a v u k c u o g l u,D. S i l v e r,e t a l . P l a y i n g a t a r i w i t h d e e p r e i n f o r c e m e n t l e a r n i n g[C] / /N I P S,2 0 1 3. [ 3] V. M n i h,K. K a v u k c u o g l u,D. S i l v e r,e t a l . P l a y i n g A t a r i w i t h D e e p R e i n f o r c e m e n t L e a r n i n g[C] / /N I P S,2 0 1 3. [ 4] D. K a r a v o l o s . Q - l e a r n i n g w i t h h e u r i s t i c e x p l o r a t i o n i n S i m u l a t e d C a r R a c i n g[C] / /A r X i v p r e p r i n t,2 0 1 3. [ 5] S. Y a n g,W. W a n g,C. L i u,e t a l . H e d r i c k . F e a t u r e A n a l y s i s a n d S e l e c t i o n f o r T r a i n i n g a n E n d - t o - E n d A u t o n o m o u s V e h i c l e C o n t r o l l e r U s i n g t h e D e e p L e a r n i n g A p p r o a c h[C] / /I E E E I n t e l l i g e n t V e h i c l e s S y m p o s i u m I V ,2 0 1 7. [ 6] H. C h a e,C. M. K a n g,B. K i m,e t a l . A u t o n o m o u s B r a k i n g S y s t e m v i a D e e p R e i n f o r c e m e n t L e a r n i n g[C] / / A r X i v P r e p r i n t,2 0 1 7. [ 7] D. I s e l e,A. C o s g u n,K. S u b r a m a n i a n,e t a l . N a v i g a t i n g I n t e r s e c t i o n s w i t h A u t o n o m o u s V e h i c l e s u s i n g D e e p R e i n f o r c e m e n t L e a r n i n g[C] / /A r X i v p r e p r i n t,2 0 1 7. [ 8] V. M n i h,K. K a v u k c u o g l u,D. S i l v e r,e t a l . H u m a n - l e v e l C o n t r o l T h r o u g h D e e p R e i n f o r c e m e n t L e a r n i n g[J]. N a t u r e,2 0 1 5, 5 1 87 5 4 0 5 2 9 - 5 3 3. [ 9] H. V a n H a s s e l t,A. G u e z,D. S i l v e r . D e e p r e i n f o r c e m e n t l e a r n i n g w i t h d o u b l e q - l e a r n i n g[C] / /AAA I,2 0 1 6. [ 1 0] Z. W a n g,T. S c h a u l,M. H e s s e l ,e t a l . D u e l i n g n e t w o r k a r c h i t e c t u r e s f o r d e e p r e i n f o r c e m e n t l e a r n i n g[C] / /A r X i v p r e p r i n t,2 0 1 5. 上接第5 6页 参考文献 [ 1] 张华, 汪云甲.基于A r c S D E的矿山地测信息系统的研究 [ J].河北理工学院学报,2 0 0 4,2 61 1 - 4. [ 2] 毕林, 王李管, 陈建宏, 等.基于八叉树的复杂地质体块段 模型建模 技 术 [J].中 国 矿 业 大 学 学 报, 2 0 0 8,3 74 5 3 2 - 5 3 7. [ 3] 周智勇, 陈建宏, 潘伟, 等.基于N E T技术及C/B/S混合 模式的金属矿山生产数据动态管理系统平台设计[ J].金 属矿山, 2 0 0 8,2 91 1 7 3 - 7 7. [ 4] 王宝山.煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术 与算法研究[D].郑州 解放军信息工程大学, 2 0 0 6. 95 计算机与信息技术 自动化应用