MIMStudio矿山信息模型基础平台是中国煤炭科工集团有限公司在顺应煤矿智能化发展的时代背景下，自主研发的二三维一体化GIS平台，提供煤矿“一张图”生产环境，为煤矿智能综合管控平台和各级管理业务提供统一的时空数据底座和可视化、智能化应用场景支撑。该平台具备煤矿全场景时空数据标准化存储、编辑、建模、可视化表达及服务接口支持能力，以煤矿地测空间数据为基础，涵盖采、掘、机、运、通等生产全流程，“人、机、环”等全要素，实现了全场景时空数据与属性数据、业务数据的有机融合和可视化叠加展示，可有效提升煤矿智能化应用的展现效果和管控水平。MIMStudio矿山信息模型基础平台定位如图1所示。
图1 MIMStudio矿山信息模型基础平台定位
MIMStudio 矿山信息模型基础平台构成
MIMStudio矿山信息模型基础平台由3个子系统构成，分别是煤矿工程数据库管理系统（MEDB）、煤矿二三维一体化辅助设计系统（MCAD）和煤矿二三维一体化GIS系统（MGIS）。3个子系统互相依赖、相互支撑，构成有机整体（图2）。MIMStudio矿山信息模型基础平台总体功能框架如图3所示。
图2 MIMStudio矿山信息模型基础平台构成
图3 MIMStudio矿山信息模型基础平台总体功能框架
煤矿工程数据库管理系统（MEDB）
MEDB子系统以标准煤矿信息模型为基础，提供煤矿全生命周期空间对象信息的入库、更新、管理等功能，通过标准化服务接口为MCAD、MGIS 提供数据存储、数据访问等服务。
（1） 数据库创建、更新、删除
提供基于基础矿山信息模型的一键创建、级联删除等功能，支持数据库结构的编辑更新，可实现快速创建标准化矿山基础信息数据库。
（2） 数据导入和导出
支持面向对象的数据库表格数据与excel表格数据的双向导入、导出功能，实现地测数据的灵活入库与导出功能，满足地测数据的共享与交换需求。
（3） 数据库备份和还原
提供一键备份、一键还原功能，以及定期备份机制，满足数据安全要求。
（4） 图件管理
针对地测图件、生产接续设计图件、通风设计等图纸资料，以文件数据库形式实现存储管理，提供分类入库、查询、下载及权限控制等管理功能。
（5） 数据服务接口
提供基于JSON格式的通用数据访问接口，方便各类业务系统的集成调用。
煤矿二三维一体化辅助设计系统（MCAD）
MCAD子系统是一套以煤矿空间数据编辑、建模、入库为特色的二三维一体化辅助设计系统，使用风格与CAD软件类似。该系统核心功能包括采掘工程平面图等常用矿图的制图、编辑、入库等，巷道三维建模与动态更新，地质体三维建模与动态更新，三维模型的轻量化及格式转化，GIS图形编辑、转换、入库等。
（1） 辅助制图
提供符合CAD制图风格的图形分层组织管理、图形编辑绘制等功能，内置满足煤矿制图标准的图形符号库、标注样式、制图辅助编辑等功能；支持打开基于CAD等通用软件生产的各类图纸，并具有对其进行修改、编辑、保存等基本功能。
（2） 图形管理
提供通用图形文件的管理功能，包括制图样式库管理、图件版本管理、图件文件库管理等基本功能。
（3） 巷道三维建模
提供基于巷道中线和参数化断面数据的巷道自动建模功能（图4），具备巷道相交处理、纹理贴图、巷道标注、属性编辑等基本功能。
（4） 地质体三维建模
提供基于钻孔柱状图、断层、褶皱、三维地震等多源数据的地质体建模功能（图5），模型基于体元形式表达，可融合瓦斯分布数据、水文监测数据，实现瓦斯地质、水文地质等专业化应用；并具备断面剖切分析等功能。
（5） 三维模型格式转换
支持3DS、GLTF、STL等三维模型数据格式到FBX、OBJ等通用格式的转换，满足模型数据复用、交换、共享等业务需求。
（6） 三维模型轻量化处理
基于模型减面、模型重构、纹理优化等技术手段，可实现对三维模型的的轻量化处理，提高模型渲染效率。
（7） 二维GIS数据入库与发布
针对采掘工程平面图、巷道测量数据等主要地测图件，提供基于AutoCAD格式数据到GIS数据的入库转换与数据发布功能。
图4 巷道三维建模
图5 地质体三维建模
煤矿二三维一体化 GIS 系统（MGIS）
MGIS子系统是煤矿空间信息的应用展现端，提供二三维GIS基础功能，包括可视化场景配置与管理、地图服务发布、空间位置服务、空间查询、空间分析、可视化特效、数字孪生及二次开发SDK等，支持二三维场景的一体化联动展示（图6、图7）。
图6 地面三维场景展示
图7 井下三维场景展示
（1） 可视化场景配置
基于场景图层树组织方式，提供二三维可视化场景图层定制组合功能，可满足业务应用对图形展示的灵活应用需求。
（2） 基本GIS操作功能
提供二三维基本GIS操作功能，二维GIS操作包括地图漫游、放大、缩小、全图、前后视图、鹰眼图、图层控制、图形属性查看等；三维GIS操作包括平移、旋转、缩放、漫游、图层控制、对象选中等。
（3） 二维地图服务
以标准化服务的方式，提供二维地图基本展示和空间分析功能，可满足业务系统集成调用和定制化开发需求。
（4） 三维地图服务
以标准化服务的方式，提供三维地图基本展示和可视化分析功能，可满足业务系统集成调用和定制化开发需求。
（5） 空间位置服务功能
基于统一的空间参考，提供二三维空间位置服务功能和服务接口。
（6） 空间查询功能
提供二三维GIS场景中图形属性的综合查询功能，支持通过属性条件搜索地图对象，也支持在地图场景中通过鼠标点选、框选等方式进行空间查询，可实现图形属性一体化查询功能。
（7） 空间分析功能
提供二三维GIS基本空间分析功能，包括缓冲区分析、叠加分析、连同分析、网络分析等。
（8） 可视化特效功能
提供丰富多样的可视化效果展示功能，包括对象高亮、透明、闪烁等基本功能，以及粒子效果、动画展示等复杂特效功能，可实现仿真模拟、热力图等常见空间效果展示功能。
（9） 数字孪生应用
针对综采工作面、综掘工作面、水泵房、变电所、主煤流等作业场景构建精细化、构件化三维模型，可通过参数控制构件的动作及姿态。通过接入设备实时运行参数和指令，可实现物理场景的数字孪生映射，从而实现基于虚拟场景的远程操控功能。
（10） 二次开发接口
提供标准化SDK开发接口和开发文档，可满足业务系统二次开发需求。
MIMStudio 矿山信息模型基础平台架构
MIMStudio矿山信息模型基础平台总体架构如图8所示。
图8 MIMStudio矿山信息模型基础平台总体架构
（1） 运行环境
MIMStudio矿山信息模型基础平台采用微服务架构，可独立运行在Windows、Linux等主流操作系统环境，也可运行在中国煤炭科工集团自主研发的工业互联网“煤科云”平台。
（2） 数据存储
基于标准化煤矿信息模型，可实现煤矿全场景空间要素空间信息、几何信息、属性信息等的统一存储。存储层实现支持MySQL、Oracle、SQL Server、PostgreSQL等关系数据库及相应空间插件，同时也支持MongoDB等分布式存储及文件数据库。
（3） 数据处理
对煤矿二三维图形数据进行加工处理，包括数据格式转换、图形编辑、矿图生成、巷道建模、地质体建模等。
（4） 服务组件
煤矿空间信息的二三维一体化表达应用功能及二三维GIS服务组件，通过服务组件实现对业务系统的应用支持。
（5） 应用支撑
通过二三维GIS服务支撑，实现煤矿空间数据与生产执行、安全监控、经营管理等业务系统的无缝集成，为业务系统提供空间应用底座。可适配PC浏览器、智能终端以及大屏展示等各类应用模式。
技术特点
（1） 数据统一编码、统一模型、统一存储
MIMStudio矿山信息模型基础平台各系统覆盖煤矿全生产要素对象，按照对象、关系、系统的逻辑层次，构建矿山信息模型，可实现煤矿生产系统的统一存储、统一表达。
（2） 井巷、地质体模型数据的动态更新
MCAD提供参数化井巷建模和地质体建模功能，能够根据生产进展情况实现井巷模型和地质体模型的动态更新，有效提升数据的实用性
（3） 二三维一体化表达
可在统一空间参考下，实现二维地图和三维地图基于空间坐标的联动，二维三维场景分图层组织，根据业务场景需要进行灵活配置。
（4） 支持数字孪生应用
支持采掘工作面等小场景精细化、构件化模型的表达，支持参数化动作控制等功能。
（5） 标准化服务接口，与业务系统无缝融合
遵循主流接口规范，提供完整的二三维GIS服务接口，能够与业务系统实现无缝融合。
（6） 基于微服务架构，动态伸缩部署
基于微服务架构设计，不同模块进行独立开发和部署，可根据业务需要进行服务模块的灵活增减，满足业务场景的多样化和需求的动态变化需要。
应用情况
MIMStudio矿山信息模型基础平台已在山西天地王坡煤业有限公司、国家能源集团李家壕煤矿、华能煤电有限责任公司伊敏露天矿等矿区投入应用，实现了基于二三维空间可视化场景的人员定位、车辆定位、安全监测、生产监控等综合应用功能，以及综采工作面、综掘工作面、主煤流、变电所、水泵房等场景的数字孪生仿真展示和控制参数接入。目前，正在宁夏煤业红柳煤矿综合管控平台等项目中应用，达到了用时空数据底座为智能综合管控平台赋能的目标。宁夏煤业红柳煤矿三维GIS 基础信息平台如图9所示。
图9 宁夏煤业红柳煤矿三维GIS基础信息平台
笔者综合介绍了MIMStudio矿山信息模型基础平台的总体定位、功能框架、技术架构、技术特点、以及应用效果等内容。未来，平台将持续迭代，不断完善，并与煤矿智能化综合管控平台等业务应用深度融合，更好地为煤矿数字化、智能化转型赋能。
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