山能集團北斗天地王靜宜副總：煤礦集團級空間位置服務體系建設

2025年07月28日 16:46 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

礦山智能化精準感知技術專題

為解決煤炭企業集團化重組后權屬礦井分散、時空信息管理標準不統一、數據采集維護效率低等問題，基于混合數據庫架構與矢量化圖形解析技術，研究了煤礦集團級空間位置服務體系的需求體系、關鍵技術及構建方法。采用混合數據庫存儲矢量、切片等數據，結合軟總線與 5G 技術實現數據秒級更新與分級渲染。建立了邊緣采集-基礎服務-數據服務-開發服務-業務服務的時空信息位置服務體系，有效解決了煤礦時空信息管理難題，推動了煤礦智能化從數據集成向知識服務升級，為煤炭企業數字化轉型提供了可復用的技術路徑。

文章來源：《智能礦山》2025年第6期“礦山智能化精準感知技術"專題”

第一作者：王靜宜，博士，現任山東能源集團云鼎科技北斗天地股份有限公司副總經理，主要從事煤礦智能化及數字化、煤礦時空信息模型及大模型應用，煤礦物聯網建設等相關研究。Email： wangjingyi@bdtd.com

作者單位：山東能源集團云鼎科技北斗天地股份有限公司

引用格式：王靜宜，劉繼.煤礦集團級空間位置服務體系建設[J].智能礦山，2025，6(4)：52-59.

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在推動國有經濟高質量發展、國有企業深化改革的政策背景下，為整合分散資源、實現優化配置、提升資源使用效率，傳統煤炭企業通過并購重組成立大型能源集團。整合后的煤炭企業礦井數量多、地理分布分散、原有管理模式各異，為集團級管理帶來一系列挑戰，采用新型通信、信息技術方法，為煤礦集團級統一管理模式提供科學適用的數字化手段，提升管理效率及水平。

煤礦空間信息一體化管理是煤礦智能化建設的重要基礎，在集團統一管理層次進行時空信息管理，構建集團級時空信息管理體系，滿足煤礦智能化、數字化建設的時空位置服務。

煤礦集團級時空位置服務的需求體系

煤炭企業在集團管理層次通常面對權屬煤礦數量多、地理分布分散等問題，企業重組前各煤炭企業管理模式、生產技術要求各異，煤礦時空信息統一化管理從數據統一標準、工程化實現工具、支撐集團級業務、數據反哺礦井智能化建設等各層次，提出了新的數字化建設需求。

時空基礎數據需要常態化高質量采集、治理，形成集團級時空數據信息模型，并在此基礎上形成空間數據服務，向上支撐集團級數字化應用的位置服務、圖紙更新、空間計算等需求，向下為礦井級智能化系統應用提供圖紙更新、算法下發、空間計算服務等。煤礦時空信息位置服務需求體系如圖1所示。

圖1 企業集團時空信息位置服務需求體系

1.1 構建統一的數據標準

煤炭企業權屬礦井通常包括井工開采煤礦和露天開采煤礦，地質、測量、地理、生產技術等數據類型復雜。數據來源涉及雷達探測、衛星定位導航、GIS矢量、格柵、點云、無人機傾斜攝影、BIM、DEM、鉆探、物探、監測、地質素描、臺賬、各專業業務結構化等數據，以及圖紙資料檔案等，產生的各類數據格式、構成方式、軟件平臺、硬件設備等多方面存在不同。

構建統一的數據標準應對時空信息來源分散、異質性高等數據特性，建立統一的數據處理、融合機制，明確數據格式、傳輸方式、安全策略，為數據采集和匯聚提供標準基礎，確保數據互聯互通，以統一的時空信息數據標準支撐集團級位置服務體系。

1.2 構建高效的工程化數據采集、處理工具

目前，煤礦透明地質、時空信息模型構建、煤礦GIS一張圖的研究與實際應用較多，積累了大量理論與實踐經驗。各類相關建設項目是多項技術在單一礦井實施應用，在系統建設初期效果良好，對地質構造進行較為精細化的描述并得到應用。

隨著系統應用時間的延長，由于日常數據維護及與建設廠商溝通合作等問題，圖紙更新不及時、各類數據融合受限，系統數據量增大帶來在計算、輕量化表達、多端展示、數據完整性、加載性能等多方面的挑戰。

在圖紙數據方面，地測、通防、防治水、機電等各科室間使用不同的作圖軟件，導致不同格式圖紙和文檔互傳、無法做到基于同一底圖協同編輯，各科室圖紙信息獨立，業務難以協同。

構建高效的工程化技術手段支撐時空信息基礎數據采集、處理的高效、穩定的工程化工具，滿足煤炭企業集團級時空信息位置服務的常態化運行使用，支撐煤礦矢量化圖紙數據采集與二三維一體化圖紙模型建模，在日常工作環節中支持煤礦用戶高效、便捷、標準化完成煤礦生產基礎資料的整理、錄入、更新和維護，將數據采集模式由被動批量化采集轉化為日常工作流程的無感知主動上傳，在不增加數據維護負擔的前提下，完成集團級位置服務信息的采集、存儲、處理與使用。

1.3 構建統一的時空信息位置服務

煤炭企業集團為了應對礦區地理位置分散、遠程管理溝通成本高等問題，利用數字化技術構建各業務口集團級的統一人員定位管理、災害預警、沖擊地壓大數據分析預警、全面預算管理、三級聯動應急調度管理等平臺，包含礦井井下巷道拓撲及露天礦采坑或地面生產系統位置時空信息的集成與應用。對時空信息數據的更新頻次、數據融合處理質量要求提出更高要求，滿足位置服務一數同源、統一更新，且性能穩定、支持高并發，服務的統一時空信息位置服務后臺提供矢量化空間數據，以支撐各類業務數據需求。

時空位置信息和其他業務數據融合聯動，實現時空動態數據與各類分析監測預警模型耦合，并建立空間拓撲關系。在統一時間坐標和空間框架下，科學合理組織煤礦地質、測量、設備、監測監控、臺賬、生產技術資料、視頻等各類信息，將海量多源異質數據資源進行全面、高效、有序整合，釋放數據資產要素價值。在此數據資源基礎上搭建煤礦空間服務平臺，提供高效強大的地理空間信息與時間序列數據處理引擎，為集團級其他業務數字化系統提供時空位置服務基礎功能、空間計算分析服務、二三維地圖服務等。

1.4 構建三級聯動的一體化時空信息位置服務機制

在煤礦智能化建設過程中，礦井需要維護諸多涉及地理信息數據的信息化系統，包括人員定位、地質保障、智能通風、綜合信息化平臺、輔助運輸管理等系統。以上系統建設目標和承建廠商不同，缺乏統一規劃，數據標準和接口協議不統一，空間數據模型格式不一致，底層數據不互通。地理信息空間數據、二三維圖紙服務相互獨立，各系統技術兼容性差，數據更新機制不健全，圖紙數據無法自動形成與更新。重復維護各系統底圖位置數據耗費大量基層人員精力，且易出現各系統底圖不統一、巷道延伸更新不及時等問題。

構建統一時空信息位置服務，結合煤礦安全生產業務管理，支撐各類相關智能化建設子系統地圖位置服務更新，利用集團級時空位置服務體系中的二三維圖形數據處理、多源數據解析、煤礦統計地質數據庫及時序數據處理的煤炭統一GIS數據信息協調處理共享能力，為各業務子系統提供統一數據來源、地圖更新、GIS服務、空間計算引擎等服務。

統一時空信息位置服務與三級礦井井下定位裝置聯動，通過精確定位等技術自動獲取巷道延伸及回采位置數據，通過精確定位及協議解析等相關技術，對位置服務地圖數據進行維護，降低系統運行成本，通過采用IOT技術自動采集進尺等相關生產數據，開展更多礦井-二級公司-集團的三級聯動業務。

煤礦集團級時空位置服務關鍵技術體系

為實現各級時空信息融合聯動，時空位置服務平臺采用矢量化圖形實體解析存儲、二三維一體化圖形基礎處理、輕量化三維可視化、圖形矢量化渲染、模型輕量化及更新、時空信息位置服務二次開發開放平臺等關鍵技術，以實現將CAD圖形實體直接矢量化解析存儲與渲染，Web頁面圖紙瀏覽可無級縮放，Web頁面三維模型可視化瀏覽、支撐集團應用公共位置服務功能，以穩定、長效、可靠、低維護成本的工程化手段，支撐三級聯動的煤礦時空信息位置服務體系。

2.1 矢量化圖形實體解析存儲技術

支持將CAD圖紙文件中的實體直接解析存儲在數據庫中，基于空間數據庫提供的統一數據服務，在軟件端和web端實現大數據量圖紙的高速渲染顯示，不丟失圖形數據信息，實現圖紙矢量化解析、編輯與存儲，保障圖紙在制圖端與Web應用端保存效果一致，無損數據交換、即時響應，實現海量矢量化實體秒級更新。

合理存儲、處理關系型數據、矢量化數據、切片數據、實時數據及非結構化數據，基于混合數據庫構建大數據存儲架構，面向海量矢量實體的混合大數據存儲架構如圖2所示。

圖2 面向海量矢量實體的混合大數據存儲架構

2.2 二三維一體化圖形基礎處理及大數據計算技術

二三維一體化圖形基礎處理技術，全面兼容CAD2004到CAD2018，支持直接打開導入/導出DWG格式圖紙文件，具備計算機輔助制圖軟件基本的圖形繪制功能，包括圖形繪制、填充圖案、標記注釋、圖層管理等功能。

滿足二三維一體化進行數據聯動，自動生成可更新的輕量化三維模型，基于三維孿生模型的展示和數據的集成，進行模型的查看定位與顯示隱藏、巡檢漫游、地質剖切、通風線路、避災線路、綜合監測設備等功能，給用戶真實的3D體驗感受。滿足在海量數據源基礎上支持數據處理、數據匯總、位置查找、模式分析和空間分析等多種矢量大數據分析方法，矢量大數據處理計算如圖3所示。

圖3 矢量大數據處理計算

2.3 矢量化分級渲染及模型輕量化技術

基于大數據實時分級計算，采用漸進式傳輸機制，通過可視域分級調度策略和異步繪制，實現大規模海量數據的高性能表達。在Web端通過編譯解析數據庫中的矢量圖形實體數據后，轉換成矢量圖渲染展示至Web頁面，任意縮放瀏覽，可進行空間位置測量查詢、圖形實體搜索查詢、并支持Web端查看圖形實體基本屬性信息。

服務器端實時計算、無需提前裁圖，并且需要采取主次分明的繪制策略，突出重點適當取舍做到用戶無感知加載。采用漸進式傳輸機制，緩解用戶等待時長，實現客戶端的大數據量高效渲染，海量矢量化實體分級渲染技術如圖4所示。

圖4 海量矢量化實體分級渲染技術

2.4 煤礦時空模型輕量化及全空間模型構建更新技術

三維模型含有大量幾何信息，對加載和顯示設備的軟硬件要求高。在智能移動終端設備上加載顯示GIS數據等三維數據，需滿足GIS數據、三維模型數據的輕量化加載，通過過濾冗余信息、簡化模型，達到對三維模型的快速交互、渲染，實現性能和三維仿真效果的平衡。

采用高性能的三維數據壓縮算法、先進的三維數據調度算法、多通道多屏幕畫面輸出技術，時空流數據整理和分片打包傳輸算法、基于K-D樹的大規模場景圖形數據的空間剖分算法，高效壓縮三維數據文件，壓縮后的文件為原文件的1/3，實現三維數據動態加載調度，從底層直接調用三維圖形函數庫，充分利用硬件對于三維圖形渲染的能力，提高目標系統的三維運行效率，降低系統對于硬件環境的苛刻要求，實現在web端的實時瀏覽、分享、下載的模型的功能。

全空間模型快速構建技術融合多源地學多屬性數據，快速構建復雜地學特征的三維模型，實現全流程一體化的地學模型構建，輕量化全空間模型快速構建及更新技術如圖5所示。

圖5 輕量化全空間模型快速構建及更新技術

2.5 統一時空信息模型的開放性位置服務技術

統一信息模型是對真實礦山整體及相關現象的統一認識與數字化再現基礎，在統一時間坐標和空間框架下，科學合理地組織各類礦山信息，全面、高效和有序地存儲和整合海量異質礦山信息資源，建立統一信息模型庫，完成對全信息、全要素基礎數據的有機整合，支撐從簡單數據展示與共享，升級到數據計算與服務功能。

基于連通性巷道模型可提供逃生路線計算、通風計算等服務，全面的地測數據，提供透明地質剖切計算、瓦斯分布推演服務，基于三維井工空間，為透水模擬提供高精度體積計算服務，基于空間坐標體系，為井下車輛調度提供多源數據的坐標換算與歸一化服務等，基于統一時空信息模型的開放性位置服務技術如圖6所示。

圖6 基于統一時空信息模型的開放性位置服務技術

煤礦集團級時空信息位置服務體系構建方法

煤炭企業集團級時空信息位置服務體系構建以煤礦統一數據庫為核心，統一時空信息模型作為數據集成、應用的核心載體，打通煤礦生產一線單位到能源集團的時空信息矢量化圖形數據及基礎數據的傳輸通道，構建各專業橫向聯動、各級單位縱向共享的協同模式。實現地測、機電、通防、生產技術及調度信息各專業圖紙在線協同編輯，以及聯動自動更新在線審批電子簽名自動上報，構建3級聯動的時空信息底座，以統一數據服務支持二次開發的模式，構建集團級統一位置服務數據云共享服務平臺，為集團端及礦端的各類業務應用系統升級改造提供時空信息數據、圖形應用及空間計算分析服務。

采用穩定、長效、易于維護的工程化技術，設計面向基層工作流程的數據主動采集工具，減少數據維護工作量，實現圖形數據同源和標準化，充分挖掘信息數據庫的數據價值，賦能煤礦生產技術資料的數字化管理，實現精細化數據管理，釋放時空信息價值。

3.1 時空信息位置服務體系構建原則

（1）統一管理、標準先行

集團級時空信息位置服務的構建，依賴相對細致的標準化制圖方法，為保障項目質量，實現共性統建、業務協同、數據共享，制定相關標準規范包括：煤礦制圖統一標準、統一圖紙信息化管理規定以及煤礦統一數據標準等，滿足數據、技術和管理等方面對礦圖基礎數據信息化要求。

（2）數據集中、統一運維

利用私有云基礎設施，實現各類數據集中分類存儲。建立煤炭企業的集團-二級公司-三級生產單位各層級信息化服務管理框架，實現平臺統一運維。

（3）業務導向、功能實用

以業務需求為導向，結合實際，以解決煤礦生產技術資料管理與繪圖存在的問題為切入點，建立以實際業務需求為導向的煤礦時空信息位置服務體系。在系統功能方面，確保系統的有效性和實用性，選擇合適的技術和產品，使系統達到最佳的性價比。強調系統功能實用、界面應易學易用，操作簡便。

（4）擴展升級、數據安全

作為軟件系統基礎平臺，具備充分的擴展功能，根據企業發展需要，優化升級系統，使軟件系統不斷優化完善。系統具備網絡層安全措施，防止非授權用戶訪問以及操作人員的越權操作，確保煤礦生產技術資料的安全保密。

3.2 煤礦集團級時空信息位置服務體系構建架構

時空信息位置服務體系以煤礦時空信息數據庫、時空信息應用服務為基礎，整合各類時空信息數據，實現對時空大數據的存儲管理與建模，基于統一時空信息模型技術架構，對鉆探數據、物探數據、地質測量、DEM數據、激光點云、傾斜攝影、礦井設計、圖紙臺賬等時空數據進行統一管理和標準化轉換。

分解索引時空信息二三維數據，并與安全、生產、經營管理、生產時序數據等業務數據進行關聯。整體架構由協同繪圖工具、在線時空數據處理引擎及對外時空數據及位置服務組成，用于煤礦圖紙與基礎數據的統一采集上傳，統一存儲管理與分析，并通過統一時空信息模型公共服務，為集團級、礦級各類信息化智能化系統提供圖紙、基礎數據和GIS平臺功能服務，具體包括安全生產技術綜合管控平臺、生產技術資料管理系統、生產動態管控系統、全面預算管理等集團級系統，以及地質保障、人員定位、輔助運輸、智能通風等礦端應用系統，提供數據和功能服務。集團級時空信息位置服務體系構建架構如圖7所示。

圖7 煤礦集團級時空信息位置服務體系構建架構

（1）邊緣層數據主動與被動采集

開發可融入各科室人員日常制圖工作流程的工程化工具，并在制圖過程中完成數據采集，兼容AUTOCAD、中望CAD的煤礦數據處理、二維繪圖與三維建模為一體的GIS軟件。支撐煤礦用戶高效、便捷、標準化地完成煤礦生產基礎資料的整理、錄入、更新和維護。實現圖紙數據處理入庫與二三維自動建模，支持與AUTOCAD、中望CAD的數據互通，支持各類圖形文件格式打開/保存功能。具備地質、測量、水文、儲量等數據管理功能，支持用戶高效、便捷、標準化地完成煤礦圖紙的整理、錄入、更新和維護。被動采集層實現各類數據接入和分析，針對多源異構數據、多協議兼容解析，兼容互聯網協議如WebSocket、Http，物聯網協議如MQTT，工業協議如OPCUA、Modbus等協議，滿足不同格式的模型文件（OBJ、FBX、DAE等）轉換為統一格式，以便于管理和處理。利用視頻流解析工具，將各類視頻圖像數據進行融合解析。

（2）時空信息基礎服務層

為使時空信息基礎數據、數據模型和引擎分析功能賦能各類業務系統，利用容器服務、鏡像倉庫、網絡服務、存儲服務、虛擬化技術等各類服務和中間件，實現對系統運行環境的統一治理，確保系統的可靠性、易維護性、拓展性等。按照服務層次劃分，進一步分為空間服務、數據服務、開發服務等。空間服務包括空間數據操作、空間數據分析、空間統計分析和空間建模等，通過拓撲分析、疊加分析，距離、面積、路徑計算等方式對空間幾何對象進行數據處理和可視化操作，實現對時空數據的分析計算。

（3）數據服務層

利用PostgreSQL+大規模數據處理框架對數據進行處理，并與數據湖服務對接，同時向外提供關系數據表管理、通用文件和屬性存儲、業務邏輯關聯、FatDFS文件儲存、時空-業務拓撲關系、OpenTSDB時序數據庫等服務。在完成數據的匯聚、融合和存儲后，開發圖形數據服務、業務數據服務、空間數據接口服務、協同組件、數據校核關聯、空間索引、訪問權限、數據過濾、工作流、聊天溝通以及消息機制等按需推送的煤礦時空數據共享及GIS服務。通過不同引擎服務賦能煤礦子系統信息應用，實現空間數據分析、地測通防、安全監控、應急救援、人員定位等其他業務系統數據與時空數據信息的融合。

（4）開發服務層

使用HTML、CSS和JavaScript等技術構建用戶界面，利用應用框架如React、Angular或Vue.js提高開發效率和用戶體驗，為上層業務系統提供服務網關、注冊中心、配置中心、服務鏈路追蹤、分布式事務、負載均衡、熔斷限流降級、日志采集分析等。

（5）業務服務層

利用Springboot和模塊化開發，將業務子系統拆分為多個小型獨立模塊，支持模塊拆分和組合，以實現功能快速復用和部署遷移。利用自動化運維技術，將傳統手動運維自動化，提高系統的維護效率和可靠性。通過ETL技術和SoA技術，高效整合來自不同系統的業務數據，保證數據的一致性和完整性。綜合考慮前端、后端、數據管理、安全和云計算等多個方面的技術，支撐不同業務系統的兼容、分析和迭代升級。

結語

煤礦集團級時空信息位置服務構建經驗表明：限制各類時空信息、透明地質等技術常態化應用的瓶頸是缺少穩定、長效、可靠、低維護成本的工程化手段。將時空數據采集融入基層工作流程中，變被動批量式數據采集為日常工作中的主動上傳，以可靠的工程化手段支撐時空信息位置服務的價值釋放。

煤礦時空信息模型、透明地質、位置服務等屬于煤礦智能化建設領域新興技術，發展需逐步從理論、實踐、管理、服務各方面全面完善。統一時空信息模型、位置服務與其他業務系統的融合，通過數據信息整合產生知識，發展方向應以更高的維度對時空信息模型進行抽象，融合各學科為煤礦安全生產管理提供更加科學的知識服務體系。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯系人：李編輯 010-87986441