一、前言
随着科学技术与采矿技术的发展，煤矿的信息化水平也在不断的提高，建立数字化的现代化矿井已经成为一种趋势。各种监测、监控设备已经陆续服务于矿井的各大系统中，它们的应用对于煤矿安全生产提供保障的同时，也带动了采矿生产技术快速发展，大大的提高了企业的信息化水平，提高了生产效率。
监测、监控设备的出现，使传统靠经验、靠人工监测、离散的数据分析成为过去，实现了在线、实时、分布式监测的同时，也将生产矿井各个环节的复杂、不系统描述状态转化为统一数字表示的状态。由于井下条件的复杂性，在线的实时监测、监控系统，也仅仅是对某个区域的相关情况的掌握，无法掌握矿井生产的整体情况。随着矿井的生产能力和矿井的数字化程度的进一步提高，仅仅对于井下生产系统中设备的工作结果的了解与掌握，已经不能满足煤矿安全生产管理和决策的需求。
二、系统概况及特点
基于前面所述的情况，山东精诚电子科技有限公司结合自身的技术优势及行业资源，规划了基于3D GMS（3D Geosciences Modeling System,三维地学模拟系统）的煤矿安全生产决策系统。
井下生产是动态变化的过程，系统全面、直观的展现井下设备的布置，设备的工作状态，生产接续及进度的掌握，采动引起的上覆岩层的运动过程及规律，提升、运输、通风等各大系统的工作状态，进而智能控制井下设备运行状态。
基于3D GMS的煤矿安全生产决策系统，能够实现：
1 对整个矿井的生产动态变化情况整体的展示；
2 以用户的视角漫游整个矿井；
3 模拟煤矿工人下井的全过程、动态展示工人在井下所处的位置；
4 形象展示出井下各系统的布置及运行状态，展现全矿井的环境数据；
5 展现设备的布置及运行状态或运行轨迹；
6 针对生产过程中的异常情况，智能的对设备运行状态进行调整；
7 帮助领导对整个矿井的安全生产监测、监控、调度、设备运行状态有个更加清楚、全面地掌握与认识，直观地进行安全生产管理和决策支持。
三、范围、关键技术及创新
1 研究内容
煤矿井工开采是一个复杂的系统工程，与地面矿产开采等其他地面工程相比，无法用一般工程意义上的GIS来获取、整理、分析和管理地理空间数据，这是矿井巷道和采煤工作面的特殊性质所决定的，而这些分布在不同地层和地质构造中的特殊对象和它们所处的地层、地质环境都是关系到煤矿安全生产的地理信息。
在该项目的研究中采用3D GMS的理论和方法，对矿井巷道和采煤工作面以及其所处的地层和相关地质构造进行三维空间构模，实现井下工程的地学可视化，并建立全面的拓扑空间关系。在3D GMS的基础上，将采煤、掘进、机电、运输、通风、安全监测等各安全生产相关系统结合空间地理位置信息、生产信息建立管理和有关决策数学模型，最终通过三维拓扑描述、三维空间分析、三维动态开采过程模拟、井巷地质工程可视化等技术手段，实现煤矿安全生产决策系统。
(一) 井下信息系统数据分析
（1） 井下人（物）定位系统。
（2） 井下通风监测系统
（3） 井下瓦斯监控系统
（4） 井下防治水监控系统
（5） 矿压监测系统。
（6） 井下运输系统
（7） 其他资源及设备装置
(二) 井下实物的建模
1、 井巷的建模对象
要构建井下场景，就需要对井下相关实物进行建模，井下建模的对象应包括地形、岩石、煤、人员、支架或支柱、运输设备、通风设备、供电设备、提升设备、电缆、水沟、瓦斯监测设备、水监测设备等井下的相关实物。
2、 建模的方法
（1） 数字地形建模
（2） 三维空间建模
（3） 三维动态模拟数学算法
2 关键技术
(1)基于SOA（面向服务）架构的信息平台
(2)使用WCF（Windows通讯基础）建设应用逻辑服务
(3)基于XNA技术三维图形分析与处理
(4)基于3D GMS三维空间的信息系统模型与算法
3 创新点
1）理论创新
对“矿井冲击地压、水害等与开采过程、地质信息等的关系，研究井下各信息系统及设备间的相互关联关系及其数据信息，建立矿井三维空间信息模型”研究，形成创新性决策理论。
2）应用创新
在井下信息系统基础之上，实现煤矿井巷开采动态的三维模拟。
3）结构创新
利用SOA架构思想对项目进行系统的整体设计，通过面向服务技术的交互设计和分布式的部署模式，采用三维空间模型的建模算法分析井下资源信息，建立相应动态三维模拟模型，最终为建立矿井下三维仿真系统提供技术保障。
四、项目的分步实施计划
该项目最终实现的目标是实现整个矿井的三维信息管理。将地理信息、生产信息、设备运行状态、矿井环境数据有机的、动态的在三维环境中漫游。
整个项目周期将分为3期实现，各个阶段实现的效果如下：
第1期：选择某一个有条件的工作面，实现三维动态立体建模，对采煤工作面生产管理数据、环境数据进行展现。
第2期：在第1期成果的基础上，进一步实现针对全矿井的某一系统的三维信息化管理。
第3期：最终实现全矿井各类信息的三维信息化虚拟漫游。
五、应用该系统产生的效益
该系统，在促进煤矿信息化的同时，将从决策技术手段上进一步保障煤矿安全生产。系统帮助煤矿安全生产管理者在把握矿井整体生产情况的同时，为管理者提供有效的决策支持，对矿井生产的有效投入提供帮助。
希望通过精诚科技公司的《基于3D GMS的煤矿安全生产决策系统》为煤矿管理者分忧解难，为煤矿安全生产开路护航，为整个煤矿行业的安全贡献一份力量！
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