劉亞靜，王政

(河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009)

“礦山地理信息系統(tǒng)建設(shè)”大學生創(chuàng)新實驗室方案

劉亞靜，王政

(河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009)

礦山地理信息系統(tǒng);創(chuàng)新實驗室;運作模式

為了給采礦工程專業(yè)、地理信息系統(tǒng)專業(yè)學生提供實訓教學的更多機會，提出了進行“礦山地理信息系統(tǒng)建設(shè)”大學生創(chuàng)新實驗室建設(shè)的方案，從實驗室運作模式、實驗室主要研究方向的角度進行了闡述，實驗室的建立必將為采礦工程、地理信息系統(tǒng)專業(yè)就業(yè)以及創(chuàng)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

隨著國家對大學生自主創(chuàng)業(yè)鼓勵政策的不斷深入，我校積極響應國家和省市政府政策，提出了創(chuàng)新性實驗計劃項目?；诤颖笔〖仁堑V產(chǎn)資源大省，又是礦業(yè)大省的區(qū)域特色，且礦山資源管理部門和礦山生產(chǎn)部門對礦山數(shù)字化、自動化管理具有迫切需求，我院擬建立“礦山地理信息系統(tǒng)建設(shè)”創(chuàng)新實驗室。主要針對礦產(chǎn)勘探開采進行礦山信息化研究，以開發(fā)礦山地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺為研究目標。本實驗室以采礦工程、地理信息系統(tǒng)專業(yè)本科生為培養(yǎng)對象，使學生除了可以學習和了解地理信息系統(tǒng)、采礦工程基礎(chǔ)知識和研究熱點，掌握地理信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，更重要的是可以培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新意識和實踐動手能力?？傊?，實驗室的建立可以實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)專業(yè)與學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的有機結(jié)合，第一課堂與第二課堂的有機結(jié)合，理論與實踐的有機結(jié)合，教學與科研的有機結(jié)合，提高大學生課外科技創(chuàng)新實踐活動的層次及質(zhì)量，縮短用人單位需求與高?，F(xiàn)有人才能力之間的差距，促進就業(yè)，推動創(chuàng)業(yè)。

一、運作模式

(一)創(chuàng)新實驗室的組織機構(gòu)

(1)設(shè)置實驗室管理機構(gòu)

(2)制定實驗室選拔學生管理制度

(3)制定學生成果鑒定和考核辦法

(二)培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的途徑

(1)鼓勵學生努力學習課程知識，掌握創(chuàng)新思維方法;

(2)鼓勵學生積極參與和申報科研項目，鍛煉創(chuàng)新技能;

(3)善始善終參加各種競賽，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

(三)培養(yǎng)創(chuàng)新能力的過程

(1)學生依據(jù)教師的指導提出設(shè)想和方案;

(2)教師提出相關(guān)建議，完善和充實學生的方案;

(3)學生編制軟件和沙盤驗證;

(4)學生總結(jié)實驗結(jié)果，做出實驗報告;

(5)教師審閱實驗報告，鼓勵學生將實驗結(jié)果理論化，寫出學術(shù)論文發(fā)表;

(6)具有重要創(chuàng)新意義實驗，教師指導他們申請實用新型專利和發(fā)明專利。

(四)過程質(zhì)量控制

質(zhì)量控制采用教師組織專家對學生的以下各個階段成果進行論證的方式進行;

(1)首先學生進行查閱資料，現(xiàn)場調(diào)研，做需求分析報告;

(2)然后根據(jù)需求分析進行方案設(shè)計報告;

(3)根據(jù)方案設(shè)計報告進行方案實施中期報告;

(4)以答辯的方式對研究成果進行總結(jié);

根據(jù)學生的成果情況進行不同程度的免修學分獎勵。

二、實驗室的主要研究內(nèi)容

(一)主要研究內(nèi)容

1.采礦過程數(shù)字化

進行與礦產(chǎn)資源勘查、礦山設(shè)計、礦井建設(shè)、開采過程空間信息數(shù)字化和可視化以及開采后對礦區(qū)地質(zhì)進行的沉降分析相關(guān)的研究，如開采預演系統(tǒng)、開采邊坡穩(wěn)定性評價系統(tǒng)等;

2.工業(yè)綜合自動化

進行與生產(chǎn)過程有關(guān)的機電一體化和設(shè)備自動化研究，如采礦、供風、排水、皮帶、洗選和提升等設(shè)備的自動化和無人值守，以及通風、瓦斯、水災和人員等的監(jiān)測監(jiān)控自動化;

3.企業(yè)辦公自動化

是指與日常生產(chǎn)相關(guān)的一系列辦公管理信息系統(tǒng)的集成研究，主要有工資、財務(wù)、生產(chǎn)計劃、質(zhì)量標準化等管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)的統(tǒng)一的企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺，可以在任何時間、任何地點訪問企業(yè)的網(wǎng)站，完成無紙化辦公任務(wù)。

(二)礦山地理信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.采用構(gòu)件和構(gòu)件庫技術(shù)

近年來，地理信息系統(tǒng)軟件開發(fā)的主流方式是組件(COM)技術(shù)，軟件組件化成為趨勢。采用構(gòu)件技術(shù)設(shè)計MGIS的體系結(jié)構(gòu)，才能將礦山各個行業(yè)的專業(yè)需求統(tǒng)一到同一平臺下。國外GIS軟件在90年代中后期就開始進行組件化改造，國內(nèi)通用GIS平臺也在前幾年基本改造完畢，GIS的開放性和復用性大幅度提高。國產(chǎn)MGIS軟件在這方面相對滯后。構(gòu)件技術(shù)對于提高MGIS開發(fā)水平、縮短開發(fā)周期等具有十分重要的意義。

2.拓展集成結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)

MGIS采用混合體系結(jié)構(gòu)存儲空間數(shù)據(jù)，將屬性數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，而將圖形數(shù)據(jù)存放在文件系統(tǒng)中。這種方法對于特定文件格式數(shù)據(jù)的處理效率較高，但它在數(shù)據(jù)的一致性維護、并發(fā)控制以及海量空間數(shù)據(jù)的存儲管理等方面能力較弱。目前，GIS軟件都在朝著集成結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)庫方向發(fā)展，采用擴展關(guān)系數(shù)據(jù)庫的組織管理方式，開發(fā)空間數(shù)據(jù)引擎作為應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的中間件，如AcrGIS的SDE，SuperMap的SDX等。這種方法可以利用成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)來方便地實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的一致性維護、并發(fā)控制、屬性數(shù)據(jù)的索引等。對于MGIS來說，能夠大大提高數(shù)據(jù)存儲和檢索效率。

3.采用三維數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)組織方式

由于MGIS的特殊性，在數(shù)據(jù)組織時充分考慮了數(shù)據(jù)的三維空間特征和屬性特征，使得系統(tǒng)能夠在二維和三維環(huán)境中進行可視化操作。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅保證能夠完成二維平臺下日?？臻g操作，也需要充分考慮空間數(shù)據(jù)的三維可視化和交互操作。這是因為，在三維環(huán)境下進行礦體建模、采礦設(shè)計和空間分析是MGIS的重要功能和重要發(fā)展方向。三維空間數(shù)據(jù)模型與組織是MGIS的關(guān)鍵性問題。

4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

礦山生產(chǎn)相關(guān)的地質(zhì)、測量、安全和環(huán)境等都與三維空間有關(guān)，從資源勘探到礦井生產(chǎn)的主要圖紙和技術(shù)數(shù)據(jù)都是為了確定礦床、礦井及巷道的正確空間位置和相關(guān)參數(shù)，因此，高效、快速地獲取這些三維數(shù)據(jù)對礦山的正常生產(chǎn)和安全極為重要。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬井下三維環(huán)境，可以用到礦山生產(chǎn)環(huán)境的風險評價、事故模擬與調(diào)查分析、生產(chǎn)過程的動態(tài)模擬與礦山安全培訓等方面。例如英國諾丁漢大學的AIMS在虛擬礦山安全培訓方面開發(fā)出SafeVR安全培訓VR軟件包，澳大利亞Earthworks公司開發(fā)的InTouch礦山虛擬環(huán)境系統(tǒng)軟件。這些設(shè)備和系統(tǒng)是在國內(nèi)還很少見。

三、結(jié) 語

礦山地理信息系統(tǒng)建設(shè)是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風險的根本途徑，其建設(shè)涵蓋內(nèi)容很多，而且在國內(nèi)剛剛起步，發(fā)展前景廣闊，對國家和企業(yè)都是十分重要的，進行“礦山地理信息系統(tǒng)建設(shè)”創(chuàng)新實驗室建設(shè)可以給學生提供實訓練習的機會，一方面可以調(diào)動采礦專業(yè)以及地理信息系統(tǒng)專業(yè)學生學習的積極性，另外一方面可以為培養(yǎng)復合型應用人才奠定基礎(chǔ)。

［1］ 王良成，王喜鴻，王連勝.開放式創(chuàng)新實驗室建設(shè)與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研究［J］.實驗科學與技術(shù)，2011(6): 170-172.

［2］ 田?？?，羅維平.創(chuàng)新實驗室自主管理和自主學習模式探析［J］.實驗技術(shù)與管，2012(2):30-32.

［3］ 曾文波，勞有蘭，潘盛輝等.電氣信息創(chuàng)新實驗室建設(shè)與實踐探索［J］.廣西工學院學報，2005(9):104-106.

［4］ 田愛平，姜愛民，張慧.獨立建設(shè)“創(chuàng)新實驗室”的必要性質(zhì)疑［J］.實驗室研究與探索，2011(11):161-163.

［5］ 季宜敬，楊瑾，王洪洲.建設(shè)創(chuàng)新實驗室提高大學生創(chuàng)新能力［J］.實驗技術(shù)與管理，2009(12):134-136.

［6］ 白廣梅.關(guān)于創(chuàng)新實驗室建設(shè)的思考［J］.實驗技術(shù)與管理，2007(2):135-137.

Key words:MGIS;innovation laboratory;operation mode

Abstract:To provide the students of mining engineering and GIS with more opportunities of practical teaching，this paper came up with a case about establishing the college students’innovation laboratory which concerns the construction of mine geographical information system.Meanwhile it made an explanation mainly from the perspective of laboratory operation mode and laboratory research direction.On the whole the establishment of this laboratory surely will lay the foundation for employment and venture of the mining engineering and GIS major students.

“Mining GIS”Innovation Laboratory for College Students’

LIU Ya-jing，WANG Zheng

(College of Mining Engineering，Hebei United University，Tangshan Hebei 063009，China)

G624.423

A

2095-2708(2012)04-0155-02

2012-05-03