论文部分内容阅读
摘要：“数字矿山”是信息化矿山，包括矿山中各种要素的数字化、网络化、可视化等全过程，而矿山综合信息管理系统又是“数字矿山”的基础和核心，其建立具有一定的必要性和紧要性。本文从GIs技术的角度出发，结合金属矿山生产的实际特点，对建立基于GIS技术的金属矿山综合信息管理系统的一些理论知识和系统开发进行了初步的探讨和研究，设计了金属矿山综合管理信息系统数据库，开发了矿山综合信息管理系统，实现了矿山各类数据的信息化、智能化管理。
关键词：地理信息系统；信息管理；数据库；数字矿山
1 前言
近年来。计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术等信息技术和数据库技术发展迅速，很多的矿山企业纷纷建立自己的信息管理系统，以提高企业的管理水平和生产效率，保障企业的竞争力。但是，大多数的管理系统不能涵盖矿山的日常管理工作，未能实现矿山远程数据库的连接：而且现在多数中小矿山企业仍在采用手工管理的办法进行矿山的生产管理和相关业务的开展，效率低。多数系统都是基于单机运行，实现简单的文字处理，图形、报表等的输出、打印功能，一般滞后于实际工作，没有发挥出计算机自动化、信息化管理的作用。为了促进矿山企业生产和管理的科学化、规范化，提高企业的生产效率。保障矿山企业的安全运营，建立一套集开采、选场、财务、人力资源、设备等资源于一体的综合信息管理系统势在必行。
2 系统设计思路
金属矿山综合信息管理系统依据矿山行业标准和系统建设标准，基于GIs技术对金属矿山各类信息进行管理、分析、统计，实现矿山管理的现代化、自动化。该系统属于地理信息系统和矿业工程相结合的研究领域之一，它既有地理信息系统的共性，又有矿业工程的特点。系统的建立依然按照以下基本原则进行：实用性、可扩展性、体现矿业工程特性原则。
金属矿山综合信息管理系统以GIS软硬件为基础，利用矿区已有的地形地质图、钻孔柱状图、剖面图、平面图等各类矿图进行矢量化，建立矿山空间数据库；对矿山生产、管理、经营等的各类信息建立矿山属性数据库。利用数据库引擎将空间数据库和属性数据库进行连接，实现空间数据和属性数据的统一管理。
系统采用B／S结构设计，合理利用GIS图形管理的优势和组件技术，搭建矿山综合信息管理系统。B／S结构能够方便、快捷地实现客户对数据的录入、修改、浏览、查询、统计、分析等，实现对矿山企业各种数据的科学管理。B／s结构相对于传统的C／S结构不需要对每个客户端进行软件安装，只要客户端计算机接入网路即可，使系统的维护与升级更加方便快捷，同时增大了系统的覆盖范围。
3 系统设计原则
3.1 规范性和开放性
进行全面需求分析，把握业务实质。遵守业务管理规范，遵照国家规范标准和有关行业规范标准，设计标准信息分类编码体系，规范系统数据库及元数据，形成统一的操作模式、报表表式，建立开放式、标准化的系统数据输入、输出格式等。
3.2 先进性与成熟性
在保证系统实用、稳定的前提下，采用各种于开放标准的信息符合国际工业标准的软件产品，系统分析与设计将采用面向对象的系统分析与设计(OOA&D)方法，系统开发过程中应用RUP(Rational U-nified Process)方法进行计算机辅助系统分析、软件设计、开发和文档生成，确保系统设计与开发符合软件工程的规范，开发出规范化的、具有较高可移植性、可靠性的软件，提高系统开发的效率。
3.3 兼容性
选择符合工业标准的软、硬件平台，基于组件式、模块化的设计思想和开发方法，提供开放式GIs系统、MS Word、MS Excel等服务接口，实现数据交互。保证各项业务系统的应用。
3.4 使用性
操作简单、易于使用、用户界面友好、业务规范是本系统建设的根本目标。建立功能完备、框架先进、功能正确的系统，使系统的管理、使用、维护与其他系统的接口达到方便、高效的目的，从而使系统既能高效独立运行，又能灵活地与各类空间数据库、其他业务系统集成、整合和信息共享。
3.5 可扩展性
系统应具有良好的动态性和可扩展性，通过系统的层次化和模块化设计等，基于“软总线”的插件技术和组件技术应用，在设计与实现中，贯彻“软件复用”的思想，使得系统能够有效地适应业务变化的要求，提高系统的稳定性、降低维护代价和提高系统的可扩展性。
3.6 安全性
系统应遵循安全性原则，设置严密的访问级别、控制机制、数据加密和日志等措施，实现网络安全、应用安全和数据安全，实现数据加密、数据压缩、数据备份、日志管理和电子签名等，保证系统应用用户权限的合法性。保证数据的准确和不被破坏和泄密。
3.7 容错性和可靠性
系统必须有足够的容错功能，在发生意外的软硬件故障、操作错误等情况下，保证数据的正确性和可恢复；同时，还应该很好地处理各种程序异常和操作异常，并给出错误处理报告。
4 系统数据库设计
矿山综合信息管理系统数据库是金属矿山综合信息管理系统功能的核心，数据库设计的优劣直接影响到系统功能的实现和稳定运行问题。目前成熟的大型数据库种类很多，考虑到数据的多源性和多尺度等特点，本系统采用关系型数据库——SQL server 2000。
矿山综合信息主要包含地质、物探、化探、钻井、矿产、成果、财务、设备、人力资源等，数据类型多、信息量大，因此设计数据库是一个十分复杂的过程。地理数据同时具有时间、空间和属性信息，不能用同一结构进行表达，并且还要考虑系统的可扩展性，因此在设计数据库时要充分考虑将来的需求，以便于能够及时更新，保证数据库的实时性。
在综合考虑矿山管理的特点和用户的需求，本文设计了适用于本系统的数据库，尽可能地做到数据冗余度最小，系统资源需求最小。矿山综合信息管理数据库由多个表空间组成，各个表之间通过关键字建立相应的关系。由于篇幅所限，仅介绍数据库的部分表。表1为各块段储量计算表；表2为样品厚度计算表。
5 系统功能
金属矿山综合信息管理系统实现对勘探区、矿区基本信息、钻孔数据剖面数据、探槽、平硐数据、样品测试数据、物探数据、化探数据、储量数据、测量数据、生产数据、财务数据、设备数据、人力资源数据等的管理，以及对感兴趣的数据进行查询、统计，还可以对图件进行管理。可以浏览、漫游、查询。
为了能够更好地对矿山的各类数据进行管理，为企业领导层提供决策支持，提高企业的管理水平，系统功能主要有如下几点。
5.1 多主题数据录入
数据录入为系统管理员及系统高级操作员(数据录入人员)提供数据录入的图形操作界面和功能，负责系统各种空间数据和属性数据的入库工作。数据录入功能实现矿山勘探、设计、开采以及选矿过程中获 取到的原始属性数据、矢量图形数据和栅格图像数据的数据采集和录入。数据可以按不同类型和格式分批或单独录入。
5.2 数据编辑
根据用户的权限，数据编辑功能为用户提供数据的修改、更新、删除等读写操作，实现用户的数据管理功能，确保数据的准确性。
5.3 图件管理
对矿山企业生产过程中用到的各类图件进行管理，包括放大、缩小、漫游、复位、全图显示、鹰眼等功能，实现方便、快捷的管理。
5.4 数据查询
数据查询功能为用户提供基于局域网和Internet的空间数据和专题属性数据的查询检索功能。实现信息的专题查询和通用查询。专题查询即采用预定义的查询策略，可以实现单表查询、组合查询、多主题查询，查询结果回答固定的问题。通用查询采用可视化方式实时定义的查询策略。
5.5 报表生成
报表生成功能为系统的各级用户提供统计、报表生成功能，将感兴趣的数据进行汇总，生成报表，并且可以输出打印。提供自定义报表类别和报表格式功能，根据具体情况生成报表。
5.6 数据输出
数据输出功能为各级用户提供纸质数据输出和数字拷贝输出两种方式。纸质输出包括图形的打印输出和报表的所见即所得打印输出。数字拷贝输出包括网络传输和接口文件输出。内容为各种格式的属性数据以及图形图像数据输出。实现局域范围和远程网络的数据传输与信息共享。
5.7 数据字典
采用数据字典技术，参照相关国家或行业标准，建立数据库的标准体系。属性数据结构对于已有规范的，作用标准，没有规范的结合矿山现有数据及需要，制定项目标准。图形，据采用国家或行业标准的图式图例及数据交换标准，实现数据的规范化和共享性。
5.8 用户管理
用户管理功能为系统管理员提供用户授权及用户分级管理的图形操作界面与功能，包括添加用户、删除用户、访问等级控制、用户在线监控等子功能。用户总体分两级：高级用户(系统管理员)和一般用户。一般用户在系统数据库的基础上对数据进行编辑和计算，并有保存这些编辑和计算结果的权限。高级用户对数据库系统具有最高权限的数据管理、访问及操作权。
5.9 权限管理
权限管理功能通过在数据访问和系统功能调用层面的授权管理来保证矿山综合信息数据的安全性。通过用户、角色、权限三级结构来管理权限。用户与角色、角色与权限之间均为多对多关系。通过角色这一中间层将用户和权限相分离。通过为角色赋予权限，为用户赋予角色使用户获得相应的操作权限。将用户管理和权限管理相解耦，对用户和权限分别进行独立的管理。这种结构能够灵活地应对系统在使用维护阶段的权限变更与角色变更。角色管理主要包括新建角色、添加权限、删除权限、删除角色、赋予用户角色、删除用户角色等。
5.10 系统帮助
系统帮助功能与其他应用软件的帮助功能一样，都是为系统的用户在使用过程中遇到疑难问题而提供帮助的，用户可以快速查看帮助文档，及时、有效解决问题，其中包括系统的操作和系统相关信息。系统帮助由帮助文档、操作演示录像、常见问题解答(FAQ)和问题上传四部分内容组成。计算机操作水平相对较高的用户可以通过帮助文档详细地学习系统操作，计算机操作水平相对较低的用户可以通过演示录像直观可视化地学习系统操作。通过问题上传功能将用户经常遇见的问题进行整理归类，并给出解决方案形成FAQ，以快速地解决问题。
6 结论
金属矿山综合信息管理系统是将GIS技术应用于矿山的区域性地理信息系统，它以矿山生产相关的各类数据为核心，建立公共数据平台，实现了各类信息的快速、安全和可视化处理。它有效地保证了矿山信息管理的统一性、高效性、安全性和实时性，实现了矿山数据的信息化和科学化管理，是实现“数字矿山”系统的基础。随着现代GIS技术等多种新技术的不断发展和应用、推广，必将使得我国的“数字矿山”工作顺利、高效地实施，从而确保矿山企业的可持续发展，保证资源的合理开发、利用。
关键词：地理信息系统；信息管理；数据库；数字矿山
1 前言
近年来。计算机技术、通信技术、网络技术、多媒体技术等信息技术和数据库技术发展迅速，很多的矿山企业纷纷建立自己的信息管理系统，以提高企业的管理水平和生产效率，保障企业的竞争力。但是，大多数的管理系统不能涵盖矿山的日常管理工作，未能实现矿山远程数据库的连接：而且现在多数中小矿山企业仍在采用手工管理的办法进行矿山的生产管理和相关业务的开展，效率低。多数系统都是基于单机运行，实现简单的文字处理，图形、报表等的输出、打印功能，一般滞后于实际工作，没有发挥出计算机自动化、信息化管理的作用。为了促进矿山企业生产和管理的科学化、规范化，提高企业的生产效率。保障矿山企业的安全运营，建立一套集开采、选场、财务、人力资源、设备等资源于一体的综合信息管理系统势在必行。
2 系统设计思路
金属矿山综合信息管理系统依据矿山行业标准和系统建设标准，基于GIs技术对金属矿山各类信息进行管理、分析、统计，实现矿山管理的现代化、自动化。该系统属于地理信息系统和矿业工程相结合的研究领域之一，它既有地理信息系统的共性，又有矿业工程的特点。系统的建立依然按照以下基本原则进行：实用性、可扩展性、体现矿业工程特性原则。
金属矿山综合信息管理系统以GIS软硬件为基础，利用矿区已有的地形地质图、钻孔柱状图、剖面图、平面图等各类矿图进行矢量化，建立矿山空间数据库；对矿山生产、管理、经营等的各类信息建立矿山属性数据库。利用数据库引擎将空间数据库和属性数据库进行连接，实现空间数据和属性数据的统一管理。
系统采用B／S结构设计，合理利用GIS图形管理的优势和组件技术，搭建矿山综合信息管理系统。B／S结构能够方便、快捷地实现客户对数据的录入、修改、浏览、查询、统计、分析等，实现对矿山企业各种数据的科学管理。B／s结构相对于传统的C／S结构不需要对每个客户端进行软件安装，只要客户端计算机接入网路即可，使系统的维护与升级更加方便快捷，同时增大了系统的覆盖范围。
3 系统设计原则
3.1 规范性和开放性
进行全面需求分析，把握业务实质。遵守业务管理规范，遵照国家规范标准和有关行业规范标准，设计标准信息分类编码体系，规范系统数据库及元数据，形成统一的操作模式、报表表式，建立开放式、标准化的系统数据输入、输出格式等。
3.2 先进性与成熟性
在保证系统实用、稳定的前提下，采用各种于开放标准的信息符合国际工业标准的软件产品，系统分析与设计将采用面向对象的系统分析与设计(OOA&D)方法，系统开发过程中应用RUP(Rational U-nified Process)方法进行计算机辅助系统分析、软件设计、开发和文档生成，确保系统设计与开发符合软件工程的规范，开发出规范化的、具有较高可移植性、可靠性的软件，提高系统开发的效率。
3.3 兼容性
选择符合工业标准的软、硬件平台，基于组件式、模块化的设计思想和开发方法，提供开放式GIs系统、MS Word、MS Excel等服务接口，实现数据交互。保证各项业务系统的应用。
3.4 使用性
操作简单、易于使用、用户界面友好、业务规范是本系统建设的根本目标。建立功能完备、框架先进、功能正确的系统，使系统的管理、使用、维护与其他系统的接口达到方便、高效的目的，从而使系统既能高效独立运行，又能灵活地与各类空间数据库、其他业务系统集成、整合和信息共享。
3.5 可扩展性
系统应具有良好的动态性和可扩展性，通过系统的层次化和模块化设计等，基于“软总线”的插件技术和组件技术应用，在设计与实现中，贯彻“软件复用”的思想，使得系统能够有效地适应业务变化的要求，提高系统的稳定性、降低维护代价和提高系统的可扩展性。
3.6 安全性
系统应遵循安全性原则，设置严密的访问级别、控制机制、数据加密和日志等措施，实现网络安全、应用安全和数据安全，实现数据加密、数据压缩、数据备份、日志管理和电子签名等，保证系统应用用户权限的合法性。保证数据的准确和不被破坏和泄密。
3.7 容错性和可靠性
系统必须有足够的容错功能，在发生意外的软硬件故障、操作错误等情况下，保证数据的正确性和可恢复；同时，还应该很好地处理各种程序异常和操作异常，并给出错误处理报告。
4 系统数据库设计
矿山综合信息管理系统数据库是金属矿山综合信息管理系统功能的核心，数据库设计的优劣直接影响到系统功能的实现和稳定运行问题。目前成熟的大型数据库种类很多，考虑到数据的多源性和多尺度等特点，本系统采用关系型数据库——SQL server 2000。
矿山综合信息主要包含地质、物探、化探、钻井、矿产、成果、财务、设备、人力资源等，数据类型多、信息量大，因此设计数据库是一个十分复杂的过程。地理数据同时具有时间、空间和属性信息，不能用同一结构进行表达，并且还要考虑系统的可扩展性，因此在设计数据库时要充分考虑将来的需求，以便于能够及时更新，保证数据库的实时性。
在综合考虑矿山管理的特点和用户的需求，本文设计了适用于本系统的数据库，尽可能地做到数据冗余度最小，系统资源需求最小。矿山综合信息管理数据库由多个表空间组成，各个表之间通过关键字建立相应的关系。由于篇幅所限，仅介绍数据库的部分表。表1为各块段储量计算表；表2为样品厚度计算表。
5 系统功能
金属矿山综合信息管理系统实现对勘探区、矿区基本信息、钻孔数据剖面数据、探槽、平硐数据、样品测试数据、物探数据、化探数据、储量数据、测量数据、生产数据、财务数据、设备数据、人力资源数据等的管理，以及对感兴趣的数据进行查询、统计，还可以对图件进行管理。可以浏览、漫游、查询。
为了能够更好地对矿山的各类数据进行管理，为企业领导层提供决策支持，提高企业的管理水平，系统功能主要有如下几点。
5.1 多主题数据录入
数据录入为系统管理员及系统高级操作员(数据录入人员)提供数据录入的图形操作界面和功能，负责系统各种空间数据和属性数据的入库工作。数据录入功能实现矿山勘探、设计、开采以及选矿过程中获 取到的原始属性数据、矢量图形数据和栅格图像数据的数据采集和录入。数据可以按不同类型和格式分批或单独录入。
5.2 数据编辑
根据用户的权限，数据编辑功能为用户提供数据的修改、更新、删除等读写操作，实现用户的数据管理功能，确保数据的准确性。
5.3 图件管理
对矿山企业生产过程中用到的各类图件进行管理，包括放大、缩小、漫游、复位、全图显示、鹰眼等功能，实现方便、快捷的管理。
5.4 数据查询
数据查询功能为用户提供基于局域网和Internet的空间数据和专题属性数据的查询检索功能。实现信息的专题查询和通用查询。专题查询即采用预定义的查询策略，可以实现单表查询、组合查询、多主题查询，查询结果回答固定的问题。通用查询采用可视化方式实时定义的查询策略。
5.5 报表生成
报表生成功能为系统的各级用户提供统计、报表生成功能，将感兴趣的数据进行汇总，生成报表，并且可以输出打印。提供自定义报表类别和报表格式功能，根据具体情况生成报表。
5.6 数据输出
数据输出功能为各级用户提供纸质数据输出和数字拷贝输出两种方式。纸质输出包括图形的打印输出和报表的所见即所得打印输出。数字拷贝输出包括网络传输和接口文件输出。内容为各种格式的属性数据以及图形图像数据输出。实现局域范围和远程网络的数据传输与信息共享。
5.7 数据字典
采用数据字典技术，参照相关国家或行业标准，建立数据库的标准体系。属性数据结构对于已有规范的，作用标准，没有规范的结合矿山现有数据及需要，制定项目标准。图形，据采用国家或行业标准的图式图例及数据交换标准，实现数据的规范化和共享性。
5.8 用户管理
用户管理功能为系统管理员提供用户授权及用户分级管理的图形操作界面与功能，包括添加用户、删除用户、访问等级控制、用户在线监控等子功能。用户总体分两级：高级用户(系统管理员)和一般用户。一般用户在系统数据库的基础上对数据进行编辑和计算，并有保存这些编辑和计算结果的权限。高级用户对数据库系统具有最高权限的数据管理、访问及操作权。
5.9 权限管理
权限管理功能通过在数据访问和系统功能调用层面的授权管理来保证矿山综合信息数据的安全性。通过用户、角色、权限三级结构来管理权限。用户与角色、角色与权限之间均为多对多关系。通过角色这一中间层将用户和权限相分离。通过为角色赋予权限，为用户赋予角色使用户获得相应的操作权限。将用户管理和权限管理相解耦，对用户和权限分别进行独立的管理。这种结构能够灵活地应对系统在使用维护阶段的权限变更与角色变更。角色管理主要包括新建角色、添加权限、删除权限、删除角色、赋予用户角色、删除用户角色等。
5.10 系统帮助
系统帮助功能与其他应用软件的帮助功能一样，都是为系统的用户在使用过程中遇到疑难问题而提供帮助的，用户可以快速查看帮助文档，及时、有效解决问题，其中包括系统的操作和系统相关信息。系统帮助由帮助文档、操作演示录像、常见问题解答(FAQ)和问题上传四部分内容组成。计算机操作水平相对较高的用户可以通过帮助文档详细地学习系统操作，计算机操作水平相对较低的用户可以通过演示录像直观可视化地学习系统操作。通过问题上传功能将用户经常遇见的问题进行整理归类，并给出解决方案形成FAQ，以快速地解决问题。
6 结论
金属矿山综合信息管理系统是将GIS技术应用于矿山的区域性地理信息系统，它以矿山生产相关的各类数据为核心，建立公共数据平台，实现了各类信息的快速、安全和可视化处理。它有效地保证了矿山信息管理的统一性、高效性、安全性和实时性，实现了矿山数据的信息化和科学化管理，是实现“数字矿山”系统的基础。随着现代GIS技术等多种新技术的不断发展和应用、推广，必将使得我国的“数字矿山”工作顺利、高效地实施，从而确保矿山企业的可持续发展，保证资源的合理开发、利用。