龍軟科技四大專利之-GIS協同“一張圖”及智能管控平臺組

科創板煤炭工業軟件龍頭企業龍軟 科技 （688078.SH）是一家基于LongRuan GIS +互聯網+大數據+云計算,并為智能煤礦信息化領域提供整體解決方案的高 科技 公司。其中，公司最硬核的技術及相關專利之一，是龍軟 科技 憑借多年行業積累，基于自主研發的LongRuan GIS 打造的智能煤礦“一張圖”。

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如同百度、高德和谷歌等民用地圖改變人們的出行方式一樣，LongRuan GIS “一張圖”綜合解決方案，通過技術創新推動了煤礦傳統的管理模式變革，為構建智能煤礦的信息化管理模式提供了高 科技 支持。

什么是“一張圖” ？

龍軟 科技 “一張圖”是GIS（地理信息系統）技術在煤礦行業的創新應用。“一張圖”是一種創新管理模式, 是煤礦的BI（商業智能）, 也是煤礦技術人員的SVN/GIT（分布式版本控制系統）。

“一張圖”及智能管控平臺是一個面向行業數據庫的大型數據倉庫，它通過綜合信息監管來提取對業務的分析信息，且無論是原始數據還是挖掘分析后的信息，都可以通過基礎服務平臺向外提供服務訪問和交互。具體到煤礦方面，實現了礦山“采、掘、機、運、通”相關的安全生產、監測監控、安全管理等業務和數據與基礎地理數據的疊加集成、匯交更新。各業務單位分工協作、各司其職，共同構建起礦山一張圖，為安全生產、動態監控、經營決策等提供多維數據支持。

突破關鍵技術 釋放創新能量

一直以來龍軟 科技 在自主創新研發方面投入巨大。截至目前，公司取得煤礦信息化、智能化領域相關專利權54項（其中發明專利31項）、軟件著作權242項。研發團隊瞄準了行業痛點，已逐步形成了“四大”核心專利技術組：（1）GIS協同“一張圖”及智能管控平臺相關專利組；（2）智能綜采綜掘工作面相關專利組；（3）透明化礦山相關專利組；（4）礦山新型開采方式及裝備的相關專利組。

其中，第一大專利組GIS協同“一張圖”及智能管控平臺相關專利主要涉及六項高價值的創新型專利：（一）“煤礦分布式協同一張圖系統及協同管理方法”（二）“一種礦井信息化管理多專業巷道圖形的動態更新方法”（三）“一種基于時態GIS的煤礦可視化管控系統”（四）“一種交互式注記等值線數值的方法和裝置”；（五）“一種參數式煤礦井下供電設計方法”（六）“一種快速生成煤層小柱狀的方法和裝置”。

據了解，該組專利涵蓋了煤礦時空數據“一張圖”協同處理及管控平臺應用。

專利一“煤礦分布式協同一張圖系統及協同管理方法”， 提出了煤礦多專業數據統一管理、動態即時更新和共享的方法，奠定了煤礦“一張圖”系統的關鍵技術基礎，最早形成了煤炭行業信息化建設“一張圖”模式。2017年龍軟 科技 基于項目研發成果申請了發明專利，并于2019年獲得授權。項目技術成果“煤礦空間信息服務與管理關鍵技術研究及產業化應用”，獲2018年中國煤炭工業科學技術一等獎。

專利二“一種礦井信息化管理多專業巷道圖形的動態更新方法”， 基于煤礦“一張圖”技術體系，圍繞煤礦數據規范化管理和自動化處理應用問題，提出了基于協同思想的煤礦巷道圖形動態更新方法，解決了煤礦地測專題圖形、一通防專題圖形、機電設備布置專題圖形、監測監控專題圖形中必不可少的巷道動態更新難題。由于巷道數據是煤礦各類專題圖形的最基礎內容，該專利適應于幾乎所有應用“一張圖”模式的煤礦專題圖處理和更新，是該領域必不可少的技術方法。龍軟 科技 于2020年獲得該項發明專利授權。

專利三“一種基于時態GIS的煤礦可視化管控系統” ，提出了基于時態地理信息系統TGIS“一張圖”和透明化礦山的煤礦二三維一體化管控平臺技術和方法，奠定了煤礦可視化管控平臺及透明化智能開采的關鍵技術基礎，融合地理空間場景構建、傳感數據采集與通訊、腳本化模型驅動等技術，形成了以實時、動態地理信息為支撐的礦井二維、三維可視化管控新模式。2021年龍軟 科技 獲得該項發明專利授權。

此外，結合煤礦地理信息系統及“一張圖”平臺應用中的日常需求，針對等值線生成、小柱狀繪制、供電系統設計等問題，創新提出并形成了“交互式注記等值線”、“快速生成煤層小柱狀”、“參數式煤礦井下供電設計”等發明專利。基于以上系列專利，公司產品可以為煤礦時空數據的處理提供更高效、便捷的處理支持，進而形成統一、規范、完整、動態更新的煤礦“一張圖”時空數據庫和管控平臺，并最終建立“基于多維GIS或圖形處理技術的煤礦可視化管控系統”，實現煤礦自動化、智能化工業控制和可視化多維地理信息的一體化集成。

公司始終從煤礦智能化需求出發，通過分布式協同一張圖的理念，改變了煤炭行業傳統的單機工作模式，建立了煤礦多專業業務數據的統一管理、協同處理、動態更新、可視化管控體系，并通過創新的巷道多專業更新等技術方法，提高煤礦時空數據處理的效率及完整性，解決了阻礙煤炭行業信息化、智能化建設的數據孤島嚴重、跨專業無法協同、跨部門管理困難、數據實時性不高等難題，解決行業痛點，為煤炭行業信息化、智能化建設開辟了基于時空地理信息系統的“一張圖”綜合管控和自適應智能開采模式，給煤炭企業帶來一種全新的、適應“智能礦山”信息化建設要求的新型信息化管理模式。

多應用領域推動產業升級

“一張圖”協同處理及管控平臺應用對象可以是單個煤礦，也可以是多級架構的煤礦企業集團，分布式架構的自身特點決定了“一張圖”系列產品具有極強的適應性，可應用于多個領域與場景。無論對于大型煤礦企業集團，還是中小煤礦企業，“一張圖”產品解決的統一空間數據存儲和分析應用平臺問題均是煤礦信息化建設中的核心問題之一，也是當前實現煤礦智能開采必須面對和解決的基礎問題。

目前，公司憑借著“一張圖”協同處理及管控平臺相關專利技術已成功已應用于陜西陜煤黃陵礦業有限公司一號煤礦“黃陵一號煤礦礦井智能綜合管控云平臺”、河南煤化集團永煤集團新橋煤礦“安全生產智慧管控平臺”、江蘇徐礦能源股份有限公司張雙樓煤礦“智能GIS“一張圖”平臺”、國家能源集團新疆能源烏東煤礦“基于急傾斜煤層的一張圖智能管控平臺”、山東能源兗煤股份東灘煤礦“智能礦山綜合信息管控系統”、中煤陜西榆林能源化工有限公司大海則煤礦“生產執行系統”等智能化建設示范礦井。

實踐表明，基于GIS協同“一張圖”、虛擬礦井、大數據安全動態診斷等核心技術專利的研發，解決了高度一體化管控的智慧、高 科技 礦區的關鍵問題。“一張圖”管理系統的推廣與實施，將為我國智能礦山建設奠定堅實的基礎，不僅能夠減員增效，而且還能進一步保障礦井安全生產。龍軟 科技 作為專注于行業發展的高新技術企業，具有持續、強大的創新能力，對推動我國煤炭工業安全生產技術的信息化管理具有重要的 社會 效益。

GIS技術的發展趨勢

GIS在資源環境領域的應用方興未艾，從技術、地理信息、經濟社會的需求等方面分析，在該領域有以下趨勢及建議：

應用軟件數據端口應有專門化，專業化方向發展，在同類型同方向的GIS數據交流共享方向提供適當的方便，以解決GIS數據來源和數據質量難以保證的問題。

結合國家信息化推進工作，以電子政務相關工程為基礎，推動GIS在資源環境管理中的推廣應用。

信息化建設已成為我國各級 *** 及企業的重要任務，GIS在以資源、能源、生產、資金等空間綜合配置、優化組合為目的的信息化建設中，可以發揮應有的作用；結合相應的應用工程，推動GIS的發展；

應用往專業化方向發展，功能由通用管理功能轉向資源評估、監督、跟蹤分析等專業功能方向發展。

隨著經濟社會的發展，經濟社會與資源環境之間的各方面的矛盾及問題逐漸暴露出來，這些問題在時間和空間上具有諸多的關聯性，分析這些問題、提出合理的解決方案建議，需要功能更專業化的GIS軟件系統支持；

支持多源、多尺度、多類型集成應用的軟件平臺工具的開發應用。

信息獲取技術的快速發展和多源化趨勢，要求資源環境方面的GIS應能夠接收、處理及分析多種來源、多尺度的地理信息；

促進3S技術集成應用，推動專業技術及軟件的發展，全球定位系統、遙感技術與GIS的集成應用已成為GIS軟件發展的趨勢之一，而這種應用的發展是在應用推動的基礎上建立的，針對特定的應用領域的集成化的GIS將成為資源環境領域GIS的發展方向，也是系統與業務結合的需要；

開展專業應用系統開發建設，結合資源環境各領域的需求，開發多種專業化的GIS，如針對性生態保護區、生態功能區、地下水、生物資源等領域的專業性GIS軟件與管理系統。

國內GIS現狀和對策

地理信息系統技術是一門綜合性的技術，它的發展是與地理學、地圖學、攝影測量學、遙感技術、數學和統計科學、信息技術等有關學科的發展分不開的。

GIS的發展可分為四個階段：第一個階段是初始發展階段，20世紀60年代世界上第一個GIS系統由加拿大測量學家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然資源的管理和規劃；第二個階段是發展鞏固階段，20世紀70年代由于計算機硬件和軟件技術的飛速發展，尤其是大容量存儲設備的使用，促進了GIS朝實用的方向發展，不同專題、不同規模、不同類型的各具特色的地理信息系統在世界各地紛紛付諸研制，如美國、英國、德國、瑞典和日本等國對GIS的研究都投入了大量的人力、物力和財力；第三個階段是推廣應用階段，20世紀80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范圍內全面推廣，應用領域不斷擴大，并與衛星遙感技術結合，開始應用于全球性的問題，這個階段涌現出一大批GIS軟件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，Microstation等；第四個階段是蓬勃發展階段，20世紀90年代，隨著地理信息產品的建立和數字化信息產品在全世界的普及，GIS成為確定性的產業，并逐漸滲透到各行各業，成為人們生活、學習和工作不可缺少的工具和助手。

地理信息系統的研制與應用在我國起步較晚，雖然歷史較短，但發展勢頭迅猛。

我國GIS的發展可分為三個階段。

第一階段從1970年到1980年，為準備階段，主要經歷了提出倡議、組建隊伍、培訓人才、組織個別實驗研究等階段。

機械制圖和遙感應用，為GIS的研制和應用做了技術和理論上的準備。

第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術引進、數據規范和標準的研究、空間數據庫的建立、數據處理和分析算法及應用軟件的開發等環節，對GIS進行了理論探索和區域性的實驗研究。

第三個階段從1986年到2013年，為初步發展階段，我國GIS的研究和應用進入有組織、有計劃、有目標的階段，逐步建立了不同層次、不同規模的組織機構、研究中心和實驗室。

GIS研究逐步與國民經濟建設和社會生活需求相結合，并取得了重要進展和實際應用效益。

主要表現在四個方面：（1）制定了國家地理信息系統規范，解決信息共享和系統兼容問題，為全國地理信息系統的建立做準備。

（2）應用型GIS發展迅速。

（3）在引進的基礎上擴充和研制了一批軟件。

（4）開始出版有關地理信息系統理論、技術和應用等方面的書籍，設立了地理信息系統專業，培養了大批人才，并積極開展國際合作，參與全球性地理信息系統的討論和實驗。

在科技部等國家有關部門的大力組織和支持下，國產GIS基礎軟件開發工作取得了重要進展，出現了一批GIS高技術企業，開發出了較為成熟的國產GIS軟件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的產業規模。

這些國產GIS軟件以較高的性價比，打破了國外GIS軟件對我國市場的壟斷，有力促進了我國地理信息系統技術的發展。

這些年，GIS技術在我國得到了廣泛應用，其應用面從傳統的城市規劃、土地利用、測繪、環境保護、電力、電信、減災防災等領域滲透到礦產資源調查、海洋資源調查與管理等各方面，取得了豐碩的成果和巨大的經濟效益。

當前，國家有關部門正逐步將GIS嵌入到電子政務系統中。

隨著計算機和信息技術的快速發展，GIS技術得到了迅猛的發展。

GIS系統正朝著專業或大型化、社會化方向不斷發展著。

“大型化”體現在系統和數據規模兩個方面；“社會化”則要求GIS要面向整個社會，滿足社會各界對有關地理信息的需求，簡言之就是“開放數據”、“簡化操作”，“面向服務”，通過網絡實現從數據乃至系統之間的完全共享和互動。

下面我們從地理信息系統技術角度來討論和分析當前GIS的相關技術及其發展趨勢。

1.1 空間信息的獲取、處理與交換地理空間數據是GIS的血液，構建和維護空間數據庫是一項復雜、工作量巨大的工程，它包括：數據的獲取、校驗和規范化、結構化處理、數據維護等過程。

GIS處理的數據對象是空間對象，有很強的時空特性，獲取數據的手段及數據的形式也復雜多樣。

獲取數據的基本方式有：野外全站儀平板測量、GPS測量、室內地圖掃描數字化、數字攝影測量、從遙感影像進行目標測量和數據轉換等。

這些獲取技術已基本成熟。

同時，空間數據也具有很強的時效性，不同的空間數據必須進行周期不等的數據更新維護，空間數據庫中數據的準確、及時、完整是實現GIS應用系統價值的前提基礎。

空間數據維護往往涉及跨部門、跨行業的多種數據格式和多種數據類型的大量數據，提供有效的空間數據編輯更新手段是當前亟待解決的一個重要課題。

基于上述信息獲取技術，在過去的二十年間，國家有關部委和行業部門已經積累了大量原始數字化數據和相應資料，建立了1100多個大、中型數據庫以及大量的各類數字化地理基礎圖、專題圖、城市地籍圖等。

國家測繪局已經完成了全國l：100萬、 1：25萬基礎地理空間數據庫以及全國七大江河數字地形模型的建設，并啟動了全國l：5萬，部分省份1：1萬基礎地理空間數據庫的建設。

這些基礎數據有力促進了GIS技術的廣泛應用，進而產生了大量的GIS數據。

但由于地理信息系統軟件大多采用不同的空間數據模型，以及它們在地理實體上的認識差異，使得所積累的數據難以轉換和共享（即使能夠數據轉換，也會產生信息的丟失），從而形成一個個新的數據孤島。

制訂數據交換的格式標準已成為大家的共識。

一些國家和組織已經在進行這方面的工作，并定義了一些數據交換標準，如SDTS，OpenGIS聯盟制訂的GML，另外一些公認的數據格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐漸成為數據交換的事實標準。

我國也在“九五”期間制定了地球空間數據轉換標準。

但是由于人們對空間信息認識和研究成果的制約，還沒有一個統一的地理數據模型，因此建立實用的數據交換格式和信息標準將是一個長期、復雜過程。

1.2 空間數據的管理空間數據的管理涉及到二個方面的內容：空間數據模型和空間數據庫。

空間數據模型刻畫了現實世界中空間實體及其相互間的聯系，它為空間數據的組織和空間數據庫的設計提供了基本的方法。

因此，空間數據模型的研究對設計空間數據庫和發展新一代GIS系統起著舉足輕重的作用。

在GIS中與空間信息有關的信息模型有三個，即基于對象(要素)(Feature)的模型、場(Field)模型以及網絡(Network)模型。

GIS基礎軟件平臺的研制和應用系統的設計開發一直沿用這三種空間數據模型，但這些模型在空間實體間的相互關系及其時空變化的描述與表達、數據組織、空間分析等方面均有較大的局限性，難以滿足新一代GIS基礎軟件平臺和應用系統發展的要求。

主要表現為：（1） 僅能表達空間點、線、面目標間極為有限的簡單拓撲關系，且這些拓撲關系的生成與維護耗時費力；（2） 難以有效地表達現實三維空間實體及其相互關系；（3） 適于記錄和表達某一時刻空間實體性狀及相互間關系靜態分布，難以有效地描述和表達空間實體及其相互間關系的時空變化；（4） 沒有考慮異地、異構、異質空間數據的互操作和分布式“對象”處理等問題。

針對上述不足，時空數據模型、三維數據模型、分布式空間數據管理、GIS設計的CASE工具等研究已成為當前國際上GIS空間數據模型研究的學術前沿。

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