喬國厚 高俊楊 楊 雪 王 菲 張 華 仝鳳鳴

（1.中國地質(zhì)大學 （武漢），湖北省武漢市，430074；2.清華大學計算機科學與技術(shù)系，北京市海淀區(qū)，100083；3.華北水利水電大學管理與經(jīng)濟學院，河南省鄭州市，450011；4.中國礦業(yè)大學 （北京），北京市海淀區(qū)，100083）

基于GIS技術(shù)的煤礦安全三維仿真平臺開發(fā)與實現(xiàn)

喬國厚1高俊楊2楊 雪3王 菲3張 華4仝鳳鳴3

（1.中國地質(zhì)大學 （武漢），湖北省武漢市，430074；2.清華大學計算機科學與技術(shù)系，北京市海淀區(qū)，100083；3.華北水利水電大學管理與經(jīng)濟學院，河南省鄭州市，450011；4.中國礦業(yè)大學 （北京），北京市海淀區(qū)，100083）

詳細介紹了煤礦安全三維仿真平臺架構(gòu)和各功能模塊實現(xiàn)的功能，研究了實現(xiàn)煤礦安全三維仿真平臺的關(guān)鍵技術(shù)，最后對煤礦安全三維仿真平臺的實現(xiàn)進行了具體描述。

GIS技術(shù) 三維仿真 煤礦安全 安全培訓

煤礦安全生產(chǎn)是企業(yè)和社會共同關(guān)注的焦點問題，同時，煤礦安全工程又是一項復(fù)雜和系統(tǒng)性較強的系統(tǒng)工程。由于煤礦安全涉及人、機、環(huán)境、管理等多項內(nèi)容，因此，煤礦安全信息涉及的數(shù)據(jù)量不僅十分巨大，而且與空間位置密切相關(guān)，如何對這些活躍的和動態(tài)變化的海量信息實現(xiàn)科學、高效、實時地安全信息管理，以及如何利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)使煤礦安全隱患問題得到根本的解決，從而使得各級煤礦主管部門切實承擔起監(jiān)督管理的職能，成為推進煤礦采掘業(yè)現(xiàn)代化進程的重中之重。

GIS技術(shù)是綜合性的信息管理系統(tǒng)，它將計算機圖形技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)融于一體。在空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，它的各種屬性數(shù)據(jù)把地理位置和相關(guān)屬性有機的結(jié)合起來，并能依照實際需要，準確、真實、圖文并茂地進行數(shù)據(jù)輸出，還可對輸出數(shù)據(jù)進行進一步的空間分析和可視化表達，以滿足客戶需求。三維仿真是將虛擬技術(shù)在現(xiàn)實煤礦運作中的具體應(yīng)用，它是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。將GIS技術(shù)與三維仿真技術(shù)結(jié)合可以將活躍的、動態(tài)變化的、與空間位置密切相關(guān)的煤礦生產(chǎn)各類信息綜合直觀地展現(xiàn)于煤礦安全生產(chǎn)管理者面前，從而對煤礦的安全生產(chǎn)和管理起到巨大的促進作用。因此，研究如何將地理信息系統(tǒng)結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于煤礦企業(yè)的井下各類人員和生產(chǎn)設(shè)備的定位、生產(chǎn)狀況信息管理及人員應(yīng)急、逃生等培訓和管理來輔助煤礦管理層，用以提高生產(chǎn)效率和保證安全生產(chǎn)十分必要。

1 煤礦安全三維仿真平臺的架構(gòu)與功能

1.1 煤礦安全三維仿真平臺總體架構(gòu)

煤礦安全管理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要由環(huán)境、機械、設(shè)備、產(chǎn)品、原材料以及相關(guān)的人和環(huán)境等綜合系統(tǒng)為管理對象，最終目的是保護人和生產(chǎn)資料的安全，使煤礦生產(chǎn)能夠安全有序地進行。針對煤礦井下三維空間的礦體和復(fù)雜的構(gòu)造，考慮到礦山生產(chǎn)的采煤、掘進、通防、機電、運輸五大系統(tǒng)的空間分布以及生產(chǎn)過程中瓦斯、一氧化碳、煤塵、涌水、通風等諸多安全因素信息的集成，使得煤礦急需建立一個能夠為安全管理服務(wù)的和專業(yè)化的管理信息系統(tǒng)?；贕IS技術(shù)的煤礦安全三維仿真平臺主要由人員管理、安全監(jiān)控、應(yīng)急救援、生產(chǎn)管理和專家?guī)?個子系統(tǒng)組成。

1.1.1 人員管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)能夠?qū)碌墓ぷ魅藛T進行實時地管理監(jiān)控，對人員的數(shù)量和位置有著清晰的掌握并對其進行有效地調(diào)度，從而實現(xiàn)協(xié)調(diào)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。采用三維仿真技術(shù)可以使井下的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠充分發(fā)揮效能，不僅能夠從電子地圖上直觀分析井下實際情況，動態(tài)地監(jiān)測井下人員，實時查詢不同目標的各種信息，而且在事故發(fā)生時能夠配合救護專家數(shù)據(jù)庫進行GIS空間數(shù)據(jù)分析，以最佳有效的方法尋找井下人員，把人員傷亡限制在最低線。

1.1.2 安全監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)能夠?qū)ι婕懊旱V安全的各項安全管理業(yè)務(wù)進行現(xiàn)代化和可視化管理，其主要功能是實現(xiàn)瓦斯和一氧化碳等有害氣體、“一通三防”各類數(shù)據(jù)、通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析、機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況以及危險源管理情況等各種安全隱患信息的快速錄入、統(tǒng)計、分析、導出和瀏覽等操作。

1.1.3 應(yīng)急救援子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)提供發(fā)生事故時的處理方法，包括事故現(xiàn)象、危險情況、操作規(guī)程以及現(xiàn)場處理等內(nèi)容。一旦發(fā)生險情，可以通過skyline提供的多種功能模塊實現(xiàn)對井田區(qū)域地形圖、工業(yè)廣場平面圖、采掘工程平面圖、主要巷道平面圖、井上下對照圖、井筒斷面圖和主要保護礦柱圖在網(wǎng)上的共享及提供在線空間分析、空間查詢與統(tǒng)計分析等功能。通過最佳路徑分析功能，可以為礦山的緊急搶險救災(zāi)指揮工作提供輔助決策手段，同時，依照救援隊伍和設(shè)備的分布地圖，可以根據(jù)事故類型和地點迅速調(diào)配隊伍和設(shè)備，調(diào)配最佳線路。

1.1.4 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)提供礦山地理信息系統(tǒng)數(shù)字化管理產(chǎn)生的相關(guān)礦圖，主要包括安全規(guī)劃圖層、安全指標圖層、安全監(jiān)控圖層、生產(chǎn)計劃圖層、礦山分布圖、管線圖層以及巷道分布圖層，提供監(jiān)測、分析、規(guī)劃和決策等功能。

1.1.5 專家?guī)熳酉到y(tǒng)

該子系統(tǒng)主要用以存放相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑慕?jīng)驗知識以及一些經(jīng)典案例分析，包括瓦斯爆炸和火災(zāi)等事故現(xiàn)象的案例以及與煤礦安全有關(guān)的各項規(guī)章制度和法律制度，為煤礦安全管理信息系統(tǒng)提供幫助信息。

1.2 各子系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

1.2.1 煤礦井下GIS功能模塊設(shè)計

煤礦井下GIS功能模塊是集成煤礦安全三維仿真平臺中最重要的能夠模塊之一。煤礦為了安全生產(chǎn)，需要對井下各個采掘工作面、巷道、生產(chǎn)工作面、設(shè)備位置以及人員分布的詳細情況做同步了解，并需要根據(jù)實時狀況對井下的生產(chǎn)進行安全管理。通過煤礦的局域網(wǎng)上顯示的電子地圖，相關(guān)科室和相關(guān)人員能通過電腦及時了解井下的生產(chǎn)狀況、設(shè)備和人員的分布狀況。煤礦井下GIS功能模塊構(gòu)架圖如圖1所示。

（1）場景制作功能。場景制作主要功能是對場景內(nèi)二維和三維圖形進行編輯、制作和管理。二維圖形的編輯、制作和管理是指對點、線、面以及各種特征等二維圖形的編輯管理，三維模型的構(gòu)建和管理包括對地質(zhì)層面、三維地質(zhì)體、三維巷道和地理信息的構(gòu)建和管理。

（2）設(shè)備分布場景。設(shè)備分布場景主要功能是完成各種設(shè)備的三維空間的布置與管理，方便設(shè)備安全管理。

（3）人員分布場景。人員分布場景主要功能是依據(jù)人工派工和工藝流程，完成人員的三維空間的定位與管理，方便對入井人員的管理，并輔助各種人員管理的決策工具，如人員的統(tǒng)計分析。

（4）安全隱患分布場景。安全隱患分布場景主要功能是針對歷史隱患和排查隱患的信息，完成安全隱患的三維空間的布置與管理，實現(xiàn)對安全隱患的分級管理和隱患評估。此外，依據(jù)該隱患的危險程度和隱患的分布合理安排隱患的整改。

（5）瓦斯分布場景。功能主要是針對瓦斯監(jiān)控點的空間分布，完成監(jiān)控點的三維空間分布，并提供閾值報警功能，用于指導監(jiān)控點的管理。

圖1 煤礦井下GIS功能模塊構(gòu)架圖

（6）煤礦通風網(wǎng)絡(luò)分布場景。礦井通風網(wǎng)絡(luò)分布場景主要功能是通過礦井井巷的空間拓撲結(jié)構(gòu)建立礦井的通風網(wǎng)絡(luò)，針對監(jiān)控點的風速和人工監(jiān)測點的風速數(shù)據(jù)完成礦井通風網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)可視化，為礦井通風安全提供支持。

（7）煤礦井下場景組織。煤礦井下場景組織主要是通過井下三維巷道模型實現(xiàn)井下巷道漫游展示，通過巷道掘進工作模型展示三維巷道掘進，通過三維井下生產(chǎn)場景展示煤礦井下生產(chǎn)流程。

1.2.2 安全生產(chǎn)仿真和救援決策支持功能模塊設(shè)計

該模塊中的安全決策支持系統(tǒng) （SDSS）以安全管理信息系統(tǒng) （SMIS）為基礎(chǔ)，充分利用SMIS信息收集、存儲、整理、統(tǒng)計、資料動態(tài)組合查詢和報表輸出等功能，針對此類安全信息建立安全仿真模型，對安全信息進行仿真模擬，深化安全信息的分析。SDSS通過對系統(tǒng)當前安全數(shù)據(jù)的處理來獲取相關(guān)信息，進而管理和控制系統(tǒng)安全運行。該功能模塊利用安全數(shù)據(jù)和模型預(yù)測未來的安全狀態(tài)，以輔助支持煤礦安全管理的決策，構(gòu)架圖如圖2所示。

圖2 安全生產(chǎn)仿真和救援決策支持功能模塊構(gòu)架圖

（1）專家決策支持模塊。該模塊主要功能是建立煤礦安全知識專家?guī)?，為日常安全管理提供技術(shù)支持。

（2）應(yīng)急救援輔助決策模塊。該模塊主要功能是完成煤礦的應(yīng)急預(yù)案管理、安全危險源、應(yīng)急路線的判定以及應(yīng)急資源的信息化管理，為煤礦應(yīng)急救援的培訓教育以及實際救援提供支持。

（3）礦井火災(zāi)模擬仿真模塊。該模塊主要功能是通過建立火災(zāi)煙流擴散以及溫度擴散仿真模型，為礦井火災(zāi)應(yīng)急提供指導。

（4）煤與瓦斯突出預(yù)測模塊。該模塊主要功能是針對煤與瓦斯突出的特點，對各種煤與瓦斯突出的數(shù)據(jù)進行敏感性指標的挖掘，利用歷史數(shù)據(jù)和敏感性指標建立煤與瓦斯突出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型，為煤與瓦斯突出的預(yù)測提供依據(jù)。

（5）礦井通風仿真模塊。該模塊主要功能是利用礦井巷道的拓撲結(jié)構(gòu)和通風參數(shù)化設(shè)定，同時利用建立的礦井通風網(wǎng)絡(luò)解算模型，完成礦井通風的網(wǎng)絡(luò)計算并將結(jié)果可視化，為礦井通風網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)和通風能力的評定等提供依據(jù)。

1.2.3 最佳避災(zāi)路線功能模塊設(shè)計

礦井發(fā)生的火災(zāi)和爆炸等重大災(zāi)變事故會嚴重威脅井下人員的生命安全，在發(fā)現(xiàn)災(zāi)情后如果不能迅速處理，則必須將在受災(zāi)區(qū)域及可能受火災(zāi)氣體或爆炸影響區(qū)域工作的作業(yè)人員撤離到安全的地點。由于礦井系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜且出口有限，加上災(zāi)變對礦井系統(tǒng)的影響，這給人員撤離帶來了很大的困難。為保證災(zāi)害發(fā)生時井下工作人員能夠安全撤離，需要讓他們熟悉井下最佳避災(zāi)線路。本文設(shè)計運用skyline技術(shù)將二維抽象避災(zāi)線路形象化，以一種三維可視交互的形式呈現(xiàn)給用戶，改變了傳統(tǒng)的簡單通過二維避災(zāi)路線的抽象記憶，避免遇到實際情況時的措手不及。

1.2.4 煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)功能模塊設(shè)計

煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)功能模塊以煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)安全信息、空間信息、各種地質(zhì)構(gòu)造信息和各種自然信息等信息為主要的數(shù)據(jù)處理對象。該功能模塊采用當前具有先進技術(shù)理念的、基于框架的、構(gòu)件化的以及一站式服務(wù)的三層或多層架構(gòu)，這一架構(gòu)遵循統(tǒng)一數(shù)據(jù)出口和統(tǒng)一數(shù)據(jù)入口的原則，通過統(tǒng)一的一站式服務(wù)門戶，對外給用戶提供閉環(huán)式服務(wù)和共享機制，對內(nèi)整合各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。通過對上層應(yīng)用服務(wù)的請求，調(diào)度下層業(yè)務(wù)邏輯及其相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源，完成 “以事件為驅(qū)動”的工作流和數(shù)據(jù)流運行。該功能模塊的框架圖如圖3所示。

圖3 煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)功能模塊構(gòu)架圖

（1）人力資源管理模塊。模塊主要功能是對企業(yè)從業(yè)人員基本信息、企業(yè)人員各種培訓信息、人員持證信息和人員考勤信息等信息管理。

（2）設(shè)備資源管理模塊。該模塊面向的具體業(yè)務(wù)包括設(shè)備登記、臺帳管理、維修記錄等，主要功能是管理整個設(shè)備生命周期的全部資產(chǎn)和維護活動口，并對集團公司設(shè)備信息進行全面綜合與分析。

（3）安全生產(chǎn)活動管理模塊。該模塊主要功能是對企業(yè)各種安全檢查和安全監(jiān)察的上報信息進行管理。

（4）安全生產(chǎn)調(diào)度管理模塊。該模塊主要功能是企業(yè)安全生產(chǎn)計劃信息管理、企業(yè)安全生產(chǎn)施工組織信息管理與人員空間信息稽查信息管理等。

（5）安全生產(chǎn)日常管理模塊。該模塊面向的具體業(yè)務(wù)包括事故上報、事故處理意見下達、事故統(tǒng)計分析通過、安全通報和人員管理等，主要功能是管理企業(yè)日常安全管理和日常事務(wù)等活動。

1.2.5 事故分析功能模塊設(shè)計

事故的發(fā)生是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免的客觀事實，但對事故進行嚴格和科學的管理又是預(yù)防事故的前提，因此，事故管理是管理信息系統(tǒng)中必不可少的一部分。利用微機進行工傷事故分析的方法很多，這里借助微機本身的數(shù)據(jù)庫管理功能來進行設(shè)計。在分析過程中，首先根據(jù)自己的要求組成特定的工傷事故數(shù)據(jù)庫，確定數(shù)據(jù)的輸入格式、分析過程和輸出報告的形式，然后通過編寫程序，利用微機的計算功能輸出報告。事故分析功能模塊具體功能如下：

（1）事故報告系統(tǒng)。在事故應(yīng)急救援結(jié)束后，事故報告功能實現(xiàn)事故的基本情況、財產(chǎn)損失、人員傷亡、資源消耗、環(huán)境污染的數(shù)據(jù)錄入、查詢、統(tǒng)計分析、原因分析以及人員訪談資料等，并對整改措施進行跟蹤，為各級應(yīng)急救援單位的管理者提供詳細信息。

（2）事故模擬系統(tǒng)。根據(jù)事故發(fā)生和發(fā)展的過程及各部門在事故救援時的處置方法，以地理信息為基礎(chǔ)，結(jié)合海量空間數(shù)據(jù)的組織與管理、大規(guī)模三維場景的動態(tài)渲染與高速瀏覽以及360全景等關(guān)鍵技術(shù)，對事故的整個過程進行仿真和重現(xiàn)，形成事故模擬檔案并進行積累，幫助用戶了解歷史事故發(fā)生和處置過程，對同類事故的預(yù)防和救援起到參考和借鑒作用。

（3）應(yīng)急能力評估系統(tǒng)。通過建立評估模型評估用戶應(yīng)急力量是否完善、應(yīng)急物資是否充足和救援措施是否得當?shù)龋瑢?yīng)急能力進行量化評估，為進一步完善應(yīng)急預(yù)案提供必要的依據(jù)。

1.2.6 安全培訓功能模塊設(shè)計

安全培訓是企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要條件之一，在一個大型企業(yè)中，安全培訓教育工作紛繁復(fù)雜，單靠人工來進行各項工作收效甚微，因此需要建立一個系統(tǒng)以簡化工作強度，縮小工作量。針對此種情況，在本系統(tǒng)的設(shè)計中，構(gòu)思了兩種回路：一是針對各種安全培訓教育內(nèi)容建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計為：單位＋姓名＋性別＋年齡＋工種＋職別＋應(yīng)受教育＋培訓時間＋領(lǐng)證情況＋發(fā)證時間），并對數(shù)據(jù)庫進行錄入、修改和查詢，這樣就起到一個教育管理檔案的作用；二是針對安全培訓教育中所需打印的表格進行打印操作，方便地給出一些通用表格和通知 （如新入廠職工安全培訓教育通知單、三級安全培訓教育統(tǒng)計卡等）。

2 煤礦安全三維仿真平臺開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源多尺度空間數(shù)據(jù)及海量數(shù)據(jù)的融合與管理

（1）數(shù)據(jù)的組織。GIS數(shù)據(jù)組織是以分幅、分區(qū)域和分要素為基準形成的3種不同策略為基本出發(fā)點的，在三維建庫過程中，需要綜合使用以上3種方法，同時兼顧模型數(shù)據(jù)在二維與三維之間的對應(yīng)關(guān)系。

（2）數(shù)據(jù)的壓縮。采用LOD建模方式對二維地理信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織原理加以參考，建立規(guī)則格網(wǎng)的柵格數(shù)據(jù) （如DOM、DEM數(shù)據(jù)等）的金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并進行數(shù)據(jù)壓縮。

（3）空間索引的建立。對于海量數(shù)據(jù)的三維場景，其數(shù)據(jù)訪問和存儲效率的提升必須以適當?shù)目臻g索引的建立為依托，用以實現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的快速定位與訪問。

2.2 三維建模技術(shù)

快速和精準是建模一直追求的目標，建立大區(qū)域的三維地形模型需要提高其自動化水平，并以快捷的建模技術(shù)和方法作為強有力的支撐。但在快速建模的過程中，保證模型的質(zhì)量和精度是不可忽視的前提條件。

2.3 大規(guī)模場景的三維可視化技術(shù)

面對多種多樣和不斷變化的地理事物和景觀對象信息，必須剖析研究對象本身的特點，制定有針對性地處理策略，采用基于小波理論的圖像壓縮算法，有效地保證了壓縮后的圖像質(zhì)量。基于LOD的場景簡化技術(shù)能夠使紛繁復(fù)雜的尺度空間地形數(shù)據(jù)很好的融合在一起，在提高圖像壓縮比的同時有效縮短調(diào)圖響應(yīng)時間，從根本上解決了大型影像數(shù)據(jù) （＞200GB）的網(wǎng)絡(luò)瀏覽問題。

2.4 海量三維數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

針對海量的三維地形數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布設(shè)計時充分運用分布式計算和動態(tài)數(shù)據(jù)加載等相關(guān)領(lǐng)域最新技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化場景可視化環(huán)境的快速傳輸和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)終端運行。此技術(shù)主要具有以流文件形式動態(tài)平滑傳輸、傳輸負載動態(tài)平衡、多并發(fā)用戶數(shù)以及在較低網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下傳輸服務(wù)仍能保證等特點。

2.5 Web Service服務(wù)

采用了WFS／WMS技術(shù)解決海量復(fù)雜的矢量數(shù)據(jù)的 Web Service服務(wù)，WFS／WMS技術(shù)能夠?qū)ο到y(tǒng)中海量的復(fù)雜的矢量數(shù)據(jù)進行訪問和查詢，并能夠?qū)⒌乩砜臻g圖形生成可演示的影像，將多種不同來源的GIS圖形轉(zhuǎn)換成普通瀏覽器可以瀏覽的影像資料。

2.6 二三維系統(tǒng)的聯(lián)動

三維地理信息系統(tǒng)絕對不是對二維地理信息系統(tǒng)的否定，只有二者進行高度集成才能有效利用現(xiàn)有資源，并提升應(yīng)用深度，更加有效地進行規(guī)劃輔助決策支持。因此采用消息機制或者通過Socket進行實現(xiàn)二三維系統(tǒng)之間的通信，建立三維地物模型與二維空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是實現(xiàn)二三維系統(tǒng)的聯(lián)動需要解決兩個問題。

3 煤礦安全三維仿真平臺的實現(xiàn)

3.1 煤礦安全三維仿真平臺運行流程

配置系統(tǒng)運行需要的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行運行。系統(tǒng)的運行首先要啟動skyline軟件平臺，在skyline平臺中載入仿真平臺和數(shù)據(jù)庫，并按照系統(tǒng)設(shè)置的功能按鈕運行系統(tǒng)各部分功能。

3.2 煤礦安全三維仿真平臺運行界面

煤礦安全三維仿真平臺主界面中有基礎(chǔ)信息、實時監(jiān)控、事故模擬和應(yīng)急救援指揮四大板塊，這四大模塊中還有其他細分的小模塊。

（1）基礎(chǔ)信息界面?；A(chǔ)信息界面能夠顯示煤礦整個園區(qū)的概貌。

（2）實時監(jiān)控界面。實時監(jiān)控界面能夠顯示正常工作情況下井下的實時狀況，包括主巷道的實時情況以及帶式輸送機和通風等設(shè)備的運行狀況，并且各設(shè)備的運行信息可以在界面上顯示出來。

（3）事故模擬界面。事故模擬界面能夠清晰、逼真地把事故的現(xiàn)場展示給礦工，從而達到了對員工進行培訓教育的效果，同時也增強了員工的避災(zāi)能力。

（4）應(yīng)急救援指揮界面。應(yīng)急救援指揮界面把發(fā)生事故時礦井下面的人員分布、人員數(shù)量和設(shè)備信息顯示出來，為救援人員的救援提供指引。

3.3 煤礦安全三維仿真平臺的不足

（1）完善性。在現(xiàn)實應(yīng)用中應(yīng)該不斷地增強平臺的穩(wěn)定性和可操作性，并結(jié)合用戶方的反饋作進一步的優(yōu)化，其中包括界面安排的合理化和優(yōu)美程度，適度增加一些動畫、視頻、快捷鍵和功能鍵。

（2）通用性。資源共享的理念在煤炭安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研發(fā)中還沒有得到真正的貫徹執(zhí)行，由于信息渠道不暢，造成許多已經(jīng)較為成熟的技術(shù)重復(fù)研發(fā)，這是對人力和財力的極大浪費，同時也阻礙了煤礦安全數(shù)字化管理的步伐。因此，通過資源共享，實現(xiàn)煤礦安全管理信息系統(tǒng)的通用性將是相關(guān)研發(fā)人員致力的方向。

（3）預(yù)測性。目前，已研發(fā)出的煤礦安全管理信息系統(tǒng)能夠準確地實現(xiàn)人員定位、事故監(jiān)測和災(zāi)難發(fā)生后的及時疏導，若能與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，通過對事故可能發(fā)生的時空過程進行模擬，實現(xiàn)對可能發(fā)生的事故情況進行預(yù)測，將會對煤礦安全生產(chǎn)起到極大的保障作用。

（4）挖掘性。監(jiān)控系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)大量存儲在數(shù)據(jù)庫中，特別是瓦斯檢測數(shù)據(jù)，如何對海量數(shù)據(jù)進行挖掘從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，將對煤礦瓦斯預(yù)測預(yù)報的研究有著重要意義。

［1］程永義.基于GIS的礦井安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)［D］.吉林：吉林大學，2006

［2］龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ) ［M］.北京：科學出版社，2003

［3］周亦赤.基于GIS的煤礦生產(chǎn)安全管理系統(tǒng) ［J］.安全與環(huán)境工程，2003（12）

［4］黎靜.基于GIS的煤礦應(yīng)急救援系統(tǒng)研究 ［D］.西安：西安科技大學，2007

［5］李希建.基于GIS的煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.采礦與安全工程學報，2008（9）

［6］王寶山.煤礦虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)三維數(shù)據(jù)模型和可視化技術(shù)與算法研究 ［D］.鄭州：信息工程大學，2006

Development and application of 3D simulation platform based on GIS for coal mine safety

Qiao Guohou1，Gao Junyang2，Yang Xue3，Wang Fei3，Zhang Hua4，Tong Fengming3
（1.China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan，Hubei 430074，China；2.Department of Computer Science and Technology，Tsinghua University，Haidian，Beijing 100083，China；3.School of Management and Economics，North China University of Water Conservancy and Electric Power，Zhengzhou，Henan 450011，China；4.China University of Mining and Technology（Beijing），Haidian，Beijing 100083，China）

The framework of 3D simulation platform for coal mine safety and different functions of all functional modules were introduced.The key technology for the platform to achieve the coal mine safety was studied.Meanwhile，the application of this 3D simulation platform for the coal mine safety was described in detail.

GIS technology，3D simulation，coal mine safety，safety training

TD-914

A

喬國厚 （1961-），河南陜縣人，教授級工程師，中國地質(zhì)大學 （武漢）博士生，主要從事管理科學與工程、煤礦安全預(yù)警研究，先后發(fā)表5篇論文、專著1部。

（責任編輯 路 強）