一、前言

      隨著科學技術與采礦技術的發展，煤礦的信息化水平也在不斷的提高，建立數字化的現代化礦井已經成為一種趨勢。各種監測、監控設備已經陸續服務于礦井的各大系統中，它們的應用對于煤礦安全生產提供保障的同時，也帶動了采礦生產技術快速發展，大大的提高了企業的信息化水平，提高了生產效率。

      監測、監控設備的出現，使傳統靠經驗、靠人工監測、離散的數據分析成為過去，實現了在線、實時、分布式監測的同時，也將生產礦井各個環節的復雜、不系統描述狀態轉化為統一數字表示的狀態。由于井下條件的復雜性，在線的實時監測、監控系統，也僅僅是對某個區域的相關情況的掌握，無法掌握礦井生產的整體情況。隨著礦井的生產能力和礦井的數字化程度的進一步提高，僅僅對于井下生產系統中設備的工作結果的了解與掌握，已經不能滿足煤礦安全生產管理和決策的需求。

二、系統概況及特點

      基于前面所述的情況，山東精誠電子科技有限公司結合自身的技術優勢及行業資源，規劃了基于3D GMS（3D Geosciences Modeling System,三維地學模擬系統）的煤礦安全生產決策系統。

      井下生產是動態變化的過程，系統全面、直觀的展現井下設備的布置，設備的工作狀態，生產接續及進度的掌握，采動引起的上覆巖層的運動過程及規律，提升、運輸、通風等各大系統的工作狀態，進而智能控制井下設備運行狀態。

      基于3D GMS的煤礦安全生產決策系統，能夠實現：

1 對整個礦井的生產動態變化情況整體的展示；

2 以用戶的視角漫游整個礦井；

3 模擬煤礦工人下井的全過程、動態展示工人在井下所處的位置；

4 形象展示出井下各系統的布置及運行狀態，展現全礦井的環境數據；

5 展現設備的布置及運行狀態或運行軌跡；

6 針對生產過程中的異常情況，智能的對設備運行狀態進行調整；

7 幫助領導對整個礦井的安全生產監測、監控、調度、設備運行狀態有個更加清楚、全面地掌握與認識，直觀地進行安全生產管理和決策支持。

三、范圍、關鍵技術及創新

1 研究內容

      煤礦井工開采是一個復雜的系統工程，與地面礦產開采等其他地面工程相比，無法用一般工程意義上的GIS來獲取、整理、分析和管理地理空間數據，這是礦井巷道和采煤工作面的特殊性質所決定的，而這些分布在不同地層和地質構造中的特殊對象和它們所處的地層、地質環境都是關系到煤礦安全生產的地理信息。

      在該項目的研究中采用3D GMS的理論和方法，對礦井巷道和采煤工作面以及其所處的地層和相關地質構造進行三維空間構模，實現井下工程的地學可視化，并建立全面的拓撲空間關系。在3D GMS的基礎上，將采煤、掘進、機電、運輸、通風、安全監測等各安全生產相關系統結合空間地理位置信息、生產信息建立管理和有關決策數學模型，最終通過三維拓撲描述、三維空間分析、三維動態開采過程模擬、井巷地質工程可視化等技術手段，實現煤礦安全生產決策系統。

(一) 井下信息系統數據分析

（1） 井下人（物）定位系統。

（2） 井下通風監測系統

（3） 井下瓦斯監控系統

（4） 井下防治水監控系統

（5） 礦壓監測系統。

（6） 井下運輸系統

（7） 其他資源及設備裝置

(二) 井下實物的建模

1、 井巷的建模對象

      要構建井下場景，就需要對井下相關實物進行建模，井下建模的對象應包括地形、巖石、煤、人員、支架或支柱、運輸設備、通風設備、供電設備、提升設備、電纜、水溝、瓦斯監測設備、水監測設備等井下的相關實物。

2、 建模的方法

（1） 數字地形建模

（2） 三維空間建模

（3） 三維動態模擬數學算法

2 關鍵技術

(1)基于SOA（面向服務）架構的信息平臺

(2)使用WCF（Windows通訊基礎）建設應用邏輯服務

(3)基于XNA技術三維圖形分析與處理

(4)基于3D GMS三維空間的信息系統模型與算法

3 創新點

1）理論創新

      對“礦井沖擊地壓、水害等與開采過程、地質信息等的關系，研究井下各信息系統及設備間的相互關聯關系及其數據信息，建立礦井三維空間信息模型”研究，形成創新性決策理論。

2）應用創新

      在井下信息系統基礎之上，實現煤礦井巷開采動態的三維模擬。

3）結構創新

      利用SOA架構思想對項目進行系統的整體設計，通過面向服務技術的交互設計和分布式的部署模式，采用三維空間模型的建模算法分析井下資源信息，建立相應動態三維模擬模型，最終為建立礦井下三維仿真系統提供技術保障。

四、項目的分步實施計劃

      該項目最終實現的目標是實現整個礦井的三維信息管理。將地理信息、生產信息、設備運行狀態、礦井環境數據有機的、動態的在三維環境中漫游。

整個項目周期將分為3期實現，各個階段實現的效果如下：

第1期：選擇某一個有條件的工作面，實現三維動態立體建模，對采煤工作面生產管理數據、環境數據進行展現。

第2期：在第1期成果的基礎上，進一步實現針對全礦井的某一系統的三維信息化管理。

第3期：最終實現全礦井各類信息的三維信息化虛擬漫游。

五、應用該系統產生的效益

      該系統，在促進煤礦信息化的同時，將從決策技術手段上進一步保障煤礦安全生產。系統幫助煤礦安全生產管理者在把握礦井整體生產情況的同時，為管理者提供有效的決策支持，對礦井生產的有效投入提供幫助。

      希望通過精誠科技公司的《基于3D GMS的煤礦安全生產決策系統》為煤礦管理者分憂解難，為煤礦安全生產開路護航，為整個煤礦行業的安全貢獻一份力量！