为解决煤炭企业集团化重组后权属矿井分散、时空信息管理标准不统一、数据采集维护效率低等问题，基于混合数据库架构与矢量化图形解析技术，研究了煤矿集团级空间位置服务体系的需求体系、关键技术及构建方法。采用混合数据库存储矢量、切片等数据，结合软总线G 技术实现数据秒级更新与分级渲染。建立了边缘采集-基础服务-数据服务-开发服务-业务服务的时空信息位置服务体系，有效解决了煤矿时空信息管理难题，推动了煤矿智能化从数据集成向知识服务升级，为煤炭企业数字化转型提供了可复用的技术路径。

  第一作者：王静宜，博士，现任山东能源集团云鼎科技北斗天地股份有限公司副总经理，主要是做煤矿智能化及数字化、煤矿时空信息模型及大模型应用，煤矿物联网建设等相关研究。Email：

  引用格式：王静宜，刘继.煤矿集团级空间位置服务体系建设[J].智能矿山，2025，6(4)：52-59.

  在推动国有经济高水平质量的发展、国有企业深化改革的政策背景下，为整合分散资源、实现优化配置、提升资源使用效率，传统煤炭企业通过并购重组成立大型能源集团。整合后的煤炭企业矿井数量多、地理分布分散、原有管理模式各异，为集团级管理带来一系列挑战，采用新型通信、信息技术方法，为煤矿集团级统一管理模式提供科学适用的数字化手段，提升管理效率及水平。

  煤矿空间信息一体化管理是煤矿智能化建设的重要基础，在集团统一管理层次进行时空信息管理，构建集团级时空信息管理体系，满足煤矿智能化、数字化建设的时空位置服务。

  煤炭企业在集团管理层次通常面对权属煤矿数量多、地理分布分散等问题，企业重组前各煤炭企业管理模式、生产技术方面的要求各异，煤矿时空信息统一化管理从数据统一标准、工程化实现工具、支撑集团级业务、数据反哺矿井智能化建设等各层次，提出了新的数字化建设需求。

  时空基础数据需要常态化高质量采集、治理，形成集团级时空数据信息模型，并在此基础上形成空间数据服务，向上支撑集团级数字化应用的位置服务、图纸更新、空间计算等需求，向下为矿井级智能化系统应用提供图纸更新、算法下发、空间计算服务等。煤矿时空信息位置服务需求体系如图1所示。

  煤炭企业权属矿井通常包括井工开采煤矿和露天开采煤矿，地质、测量、地理、生产技术等数据类型复杂。数据来源涉及雷达探测、卫星定位导航、GIS矢量、格栅、点云、无人机倾斜摄影、BIM、DEM、钻探、物探、监测、地质素描、台账、各专业业务结构化等数据，以及图纸资料档案等，产生的各类数据格式、构成方式、软件平台、硬件设备等多方面存在不同。

  构建统一的数据标准应对时空信息源自分散、异质性高等数据特性，建立统一的数据处理、融合机制，明确数据格式、传输方式、安全策略，为数据采集和汇聚提供标准基础，确保数据相互连通，以统一的时空信息数据标准支撑集团级位置服务体系。

  目前，煤矿透明地质、时空信息模型构建、煤矿GIS一张图的研究与实际应用较多，积累了大量理论与实践经验。各类相关建设项目是多项技术在单一矿井实施应用，在系统建设初期效果良好，对地质构造进行较为精细化的描述并得到应用。

  随着系统应用时间的延长，由于日常数据维护及与建设厂商沟通合作等问题，图纸更新不及时、各类数据融合受限，系统数据量增大带来在计算、轻量化表达、多端展示、数据完整性、加载性能等多方面的挑战。

  在图纸数据方面，地测、通防、防治水、机电等各科室间使用不相同的作图软件，导致不同格式图纸和文档互传、没办法做到基于同一底图协同编辑，各科室图纸信息独立，业务难以协同。

  构建高效的工程化技术方法支撑时空信息基础数据采集、处理的高效、稳定的工程化工具，满足煤炭公司集团级时空信息位置服务的常态化运行使用，支撑煤矿矢量化图纸数据采集与二三维一体化图纸模型建模，在日常工作环节中支持煤矿用户高效、便捷、标准化完成煤矿生产基础资料的整理、录入、更新和维护，将数据采集模式由被动批量化采集转化为日常工作流程的无感知主动上传，在不增加数据维护负担的前提下，完成集团级位置服务信息的采集、存储、处理与使用。

  煤炭企业集团为了应对矿区地理位置分散、远程管理沟通成本高等问题，利用数字化技术构建各业务口集团级的统一人员定位管理、灾害预警、冲击地压大数据分析预警、全面预算管理、三级联动应急调度管理等平台，包含矿井井下巷道拓扑及露天矿采坑或地面生产系统位置时空信息的集成与应用。对时空信息数据的更新频次、数据融合处理质量发展要求提出更高要求，满足位置服务一数同源、统一更新，且稳定性很高、支持高并发，服务的统一时空信息位置服务后台提供矢量化空间数据，以支撑各类业务数据需求。

  时空位置信息和别的业务数据融合联动，实现时空动态数据与各类分析监测预警模型耦合，并建立空间拓扑关系。在统一时间坐标和空间框架下，科学合理组织煤矿地质、测量、设备、监测监控、台账、生产技术资料、视频等各类信息，将海量多源异质数据资源做全面、高效、有序整合，释放数据资产要素价值。在此数据资源基础上搭建煤矿空间服务平台，提供高效强大的地理空间信息与时间序列数据处理引擎，为集团级别的业务数字化系统提供时空位置服务基础功能、空间计算分析服务、二三维地图服务等。

  在煤矿智能化建设过程中，矿井要维护诸多涉及地理信息数据的信息化系统，包括人员定位、地质保障、智能通风、综合信息化平台、辅助运输管理等系统。以上系统建设目标和承建厂商不同，缺乏统一规划，数据标准和接口协议不统一，空间数据模型格式不一致，底层数据不互通。地理信息空间数据、二三维图纸服务相互独立，各系统技术兼容性差，数据更新机制不健全，图纸数据无法自动形成与更新。重复维护各系统底图位置数据耗费大量基层人员精力，且易出现各系统底图不统一、巷道延伸更新不及时等问题。

  构建统一时空信息位置服务，结合煤矿安全生产业务管理，支撑各类相关智能化建设子系统地图位置服务更新，利用集团级时空位置服务体系中的二三维图形数据处理、多源数据解析、煤矿统计地质数据库及时序数据处理的煤炭统一GIS数据信息协调处理共享能力，为各业务子系统提供统一数据来源、地图更新、GIS服务、空间计算引擎等服务。

  统一时空信息位置服务与三级矿井井下定位装置联动，通过精确定位等技术自动获取巷道延伸及回采位置数据，通过精确定位及协议解析等有关技术，对位置服务地图数据来进行维护，降低系统运行成本，通过采用IOT技术自动采集进尺等相关生产数据，开展更多矿井-二级公司-集团的三级联动业务。

  为实现各级时空信息融合联动，时空位置服务平台采用矢量化图形实体解析存储、二三维一体化图形基础处理、轻量化三维可视化、图形矢量化渲染、模型轻量化及更新、时空信息位置服务二次开发开放平台等关键技术，以实现将CAD图形实体直接矢量化解析存储与渲染，Web页面图纸浏览可无级缩放，Web页面三维模型可视化浏览、支撑集团应用公共位置服务功能，以稳定、长效、可靠、低维护成本的工程化手段，支撑三级联动的煤矿时空信息位置服务体系。

  支持将CAD图纸文件中的实体直接解析存储在数据库中，基于空间数据库提供的统一数据服务，在软件端和web端实现大数据量图纸的高速渲染显示，不丢失图形数据信息，实现图纸矢量化解析、编辑与存储，保障图纸在制图端与Web应用端保存效果一致，无损数据交换、即时响应，实现海量矢量化实体秒级更新。

  合理存储、处理关系型数据、矢量化数据、切片数据、实时数据及非结构化数据，基于混合数据库构建大数据存储架构，面向海量矢量实体的混合大数据存储架构如图2所示。

  二三维一体化图形基础处理技术，全面兼容CAD2004到CAD2018，支持直接打开导入/导出DWG格式图纸文件，具备计算机辅助制图软件基本的图形绘制功能，包括图形绘制、填充图案、标记注释、图层管理等功能。

  满足二三维一体化进行数据联动，自动生成可更新的轻量化三维模型，基于三维孪生模型的展示和数据的集成，进行模型的查看定位与显示隐藏、巡检漫游、地质剖切、通风线路、避灾线路、综合监测设备等功能，给用户线D体验感受。满足在海量数据源基础上支持数据处理、数据汇总、位置查找、模式分析和空间分析等多种矢量大数据分析方法，矢量大数据处理计算如图3所示。

  基于大数据实时分级计算，采用渐进式传输机制，通过可视域分级调度策略和异步绘制，实现大规模海量数据的高性能表达。在Web端通过编译解析数据库中的矢量图形实体数据后，转换成矢量图渲染展示至Web页面，任意缩放浏览，可进行空间位置测量查询、图形实体搜索查询、并支持Web端查看图形实体基本属性信息。

  服务器端实时计算、无需提前裁图，并且需要采取主次分明的绘制策略，突出重点适当取舍做到用户无感知加载。采用渐进式传输机制，缓解用户等待时长，实现客户端的大数据量高效渲染，海量矢量化实体分级渲染技术如图4所示。

  三维模型含有大量几何信息，对加载和显示设备的软硬件要求高。在智能移动终端设备上加载显示GIS数据等三维数据，需满足GIS数据、三维模型数据的轻量化加载，通过过滤冗余信息、简化模型，达到对三维模型的快速交互、渲染，实现性能和三维仿真效果的平衡。

  采用高性能的三维数据压缩算法、先进的三维数据调度算法、多通道多屏幕画面输出技术，时空流数据整理和分片打包传输算法、基于K-D树的大规模场景图形数据的空间剖分算法，高效压缩三维数据文件，压缩后的文件为原文件的1/3，实现三维数据动态加载调度，从底层直接调用三维图形函数库，充分的利用硬件对于三维图形渲染的能力，提高目标系统的三维运行效率，降低系统对于硬件环境的苛刻要求，实现在web端的实时浏览、分享、下载的模型的功能。

  全空间模型快速构建技术融合多源地学多属性数据，快速构建复杂地学特征的三维模型，实现全流程一体化的地学模型构建，轻量化全空间模型快速构建及更新技术如图5所示。

  统一信息模型是对真实矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现基础，在统一时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，全面、高效和有序地存储和整合海量异质矿山信息资源，建立统一信息模型库，完成对全信息、全要素基础数据的有机整合，支撑从简单数据展示与共享，升级到数据计算与服务功能。

  基于连通性巷道模型可提供逃生路线计算、通风计算等服务，全面的地测数据，提供透明地质剖切计算、瓦斯分布推演服务，基于三维井工空间，为透水模拟提供高精度体积计算服务，基于空间坐标体系，为井下车辆调度提供多源数据的坐标换算与归一化服务等，基于统一时空信息模型的开放性位置服务技术如图6所示。

  煤炭企业集团级时空信息位置服务体系构建以煤矿统一数据库为核心，统一时空信息模型作为数据集成、应用的核心载体，打通煤矿生产一线单位到能源集团的时空信息矢量化图形数据及基础数据的传输通道，构建各专业横向联动、各级单位纵向共享的协同模式。实现地测、机电、通防、生产技术及调度信息各专业图纸在线协同编辑，以及联动自动更新在线审批电子签名自动上报，构建3级联动的时空信息底座，以统一数据服务支持二次开发的模式，构建集团级统一位置服务数据云共享服务平台，为集团端及矿端的各类业务应用系统升级改造提供时空信息数据、图形应用及空间计算分析服务。

  采用稳定、长效、易于维护的工程化技术，设计面向基层工作流程的数据主动采集工具，减少数据维护工作量，实现图形数据同源和标准化，充分挖掘信息数据库的数据价值，赋能煤矿生产技术资料的数字化管理，实现精细化数据管理，释放时空信息价值。

  集团级时空信息位置服务的构建，依赖相对细致的标准化制图方法，为保障项目质量，实现共性统建、业务协同、数据共享，制定有关标准规范包括：煤矿制图统一标准、统一图纸信息化管理规定以及煤矿统一数据标准等，满足数据、技术和管理等方面对矿图基础数据信息化要求。

  利用私有云基础设施，实现各类数据集中分类存储。建立煤炭企业的集团-二级公司-三级生产单位各层级信息化服务管理框架，实现平台统一运维。

  以业务需求为导向，结合实际，以解决煤矿生产技术资料管理与绘图存在的问题为切入点，建立以实际业务需求为导向的煤矿时空信息位置服务体系。在系统功能方面，确保系统的有效性与实用性，选择正真适合的技术和产品，使系统达到最佳的性价比。强调系统功能实用、界面应易学易用，操作简便。

  作为软件系统基础平台，具备充分的扩展功能，根据公司发展需要，优化升级系统，使软件系统一直在优化完善。系统具备网络层安全措施，防止非授权用户访问以及操作人员的越权操作，确保煤矿生产技术资料的安全保密。

  时空信息位置服务体系以煤矿时空信息数据库、时空信息应用服务为基础，整合各类时空信息数据，实现对时空大数据的存储管理与建模，基于统一时空信息模型技术架构，对钻探数据、物探数据、地质测量、DEM数据、激光点云、倾斜摄影、矿井设计、图纸台账等时空数据来进行统一管理和标准化转换。

  分解索引时空信息二三维数据，并与安全、生产、经营管理、生产时序数据等业务数据来进行关联。整体架构由协同绘图工具、在线时空数据处理引擎及对外时空数据及位置服务组成，用于煤矿图纸与基础数据的统一采集上传，统一存储管理与分析，并通过统一时空信息模型公共服务，为集团级、矿级各类信息化智能化系统提供图纸、基础数据和GIS平台功能服务，具体包括安全生产技术综合管控平台、生产技术资料管理系统、生产动态管控系统、全面预算管理等集团级系统，以及地质保障、人员定位、辅助运输、智能通风等矿端应用系统，提供数据和功能服务。集团级时空信息位置服务体系构建架构如图7所示。

  开发可融入各科室人员日常制图工作流程的工程化工具，并在制图过程中完成数据采集，兼容AUTOCAD、中望CAD的煤矿数据处理、二维绘图与三维建模为一体的GIS软件。支撑煤矿用户高效、便捷、标准化地完成煤矿生产基础资料的整理、录入、更新和维护。实现图纸数据处理入库与二三维自动建模，支持与AUTOCAD、中望CAD的数据互通，支持各类图形文件格式打开/保存功能。具备地质、测量、水文、储量等数据管理功能，支持用户高效、便捷、标准化地完成煤矿图纸的整理、录入、更新和维护。被动采集层实现各类数据接入和分析，针对多源异构数据、多协议兼容解析，兼容互联网协议如WebSocket、Http，物联网协议如MQTT，工业协议如OPCUA、Modbus等协议，满足多种格式的模型文件（OBJ、FBX、DAE等）转换为统一格式，以便于管理和处理。利用视频流解析工具，将各类视频图像数据来进行融合解析。

  为使时空信息基础数据、数据模型和引擎分析功能赋能各类业务系统，利用容器服务、镜像仓库、网络服务、存储服务、虚拟化技术等各类服务和中间件，实现对系统运行环境的统一治理，确保系统的可靠性、易维护性、拓展性等。按照服务层次划分，进一步分为空间服务、数据服务、开发服务等。空间服务包括空间数据操作、空间数据分析、空间统计分析和空间建模等，通过拓扑分析、叠加分析，距离、面积、路径计算等方式对空间几何对象进行数据处理和可视化操作，实现对时空数据的分析计算。

  利用PostgreSQL+大规模数据处理框架对数据来进行处理，并与数据湖服务对接，同时向外提供关系数据表管理、通用文件和属性存储、业务逻辑关联、FatDFS文件储存、时空-业务拓扑关系、OpenTSDB时序数据库等服务。在完成数据的汇聚、融合和存储后，开发图形数据服务、业务数据服务、空间数据接口服务、协同组件、数据校核关联、空间索引、访问权限、数据过滤、工作流、聊天沟通以及消息机制等按需推送的煤矿时空数据共享及GIS服务。通过不同引擎服务赋能煤矿子系统信息应用，实现空间数据分析、地测通防、安全监控、应急救援、人员定位等别的业务系统数据与时空数据信息的融合。

  使用HTML、CSS和JavaScript等技术构建用户界面，利用应用框架如React、Angular或Vue.js提高开发效率和使用者真实的体验，为上层业务系统提供服务网关、注册中心、配置中心、服务链路追踪、分布式事务、负载均衡、熔断限流降级、日志采集分析等。

  利用Springboot和模块化开发，将业务子系统拆分为多个小型独立模块，支持模块拆分和组合，以实现功能快速复用和部署迁移。利用自动化运维技术，将传统手动运维自动化，提高系统的维护效率和可靠性。通过ETL技术和SoA技术，高效整合来自不同系统的业务数据，保证数据的一致性和完整性。考虑前端、后端、数据管理、安全和云计算等多个角度的技术，支撑不同业务系统的兼容、分析和迭代升级。

  煤矿集团级时空信息位置服务构建经验表明：限制各类时空信息、透明地质等技术常态化应用的瓶颈是缺少稳定、长效、可靠、低维护成本的工程化手段。将时空数据采集融入基层工作流程中，变被动批量式数据采集为日常工作中的主动上传，以可靠的工程化手段支撑时空信息位置服务的价值释放。

  煤矿时空信息模型、透明地质、位置服务等属于煤矿智能化建设领域新兴技术，发展需逐步从理论、实践、管理、服务各方面全面完善。统一时空信息模型、位置服务与别的业务系统的融合，通过数据信息整合产生知识，发展趋势应以更高的维度对时空信息模型进行抽象，融合各学科为煤矿安全生产管理提供更科学的知识服务体系。

  煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录7种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

  月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦矿山智能化领域产学研用新进展的综合性技术刊物。

  关于召开2025智慧矿山技术创新与产业高质量发展论坛（新疆）暨中国自动化学会智慧矿山专业委员会、《智能矿山》理事会、特约编辑年会的通知

  行业聚焦┃2024年煤炭清洁高效利用智能化成果发布暨选煤厂智能化建设论坛顺利召开

  新书订阅 ┃《中国煤矿智能化发展报告（2024年）》（王国法，刘峰 主编）

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