第2章 矿井采掘衔接决策支持系统的总体设计
2.3 系统体系结构设计及描述
2.3.1系统体系结构设计
从开发层次的角度考虑，本系统结构设计主要包括后台服务环境、底层API、基础组件、专业应用plugin（DLL）插件、基础工程模板和应用程序，如图2-1所示。
应用程序 专业plugin(DLL)1 专业plugin(DLL)2 基础工程模板 基础组件 底层API 后台服务环境 图2-1系统体系结构设计 Fig 2-1 The design of system structure
其中，后台服务环境是系统的一个数据交换、管理中心，它以Windows服务的方式运行于后台，系统所有功能都将受到后台服务环境的控制。
底层API是系统的底层函数支持库，其上的所有功能都基于API提供的函数开发。底层API是系统预留的二次开发接口，目前不对用户开放。
基础组件层是利用底层API开发的一系列组件，提供丰富的接口，是用户主要的二次开发工具。
专业应用plugin（DLL）插件：原则上所有专业应用功能均以plugin（DLL）插件的方式提供给用户，这样系统二次开发也更为方便。
基础工程模板：专为VC用户提供的工程模板（Project Template），用于利用组件进行二次开发时使用。该模板可以将开发应用程序所需的组件直接加入到工程中，用户只需添加专业功能即可。
应用程序：提供的桌面版应用程序，提供给最终用户使用，无需做任何二次开发。
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2.3.2煤矿空间数据存储平台
煤矿的空间数据涉及到地质、测量、水文、储量、采煤、通风、运输、设计、调度等煤矿生产多个环节的信息，涉及面广，数据量大，更新快，且由大量的属性数据与图形数据构成，因而，空间数据的管理和维护相对困难。在传统的煤矿空间信息系统中，煤矿空间数据的存储方式有两种：①空间数据与属性数据都存放文件中，由文件系统管理。这种文件模式可以自定义和方便地存储地理空间实体的矢量数据，但对于表达属性数据及地理空间实体关系存在一定缺陷。②空间数据存放在文件中，属性数据用数据库管理，两者之间建立联系。这种文件/数据库混合模式，对大量的煤矿属性数据采用数据库系统管理，提高了效率，但是表达煤矿空间信息的矢量数据仍然采用文件形式管理，面对空间信息共享的挑战，文件模式的矢量图形无法实现空间数据的异地动态更新等操作。
在煤矿空间数据中，地测信息是指导生产第一线的信息，是其它各种应用的基础信息。它随着时间发生变化积累，从资源勘探阶段、矿井开拓阶段到生产阶段，地测信息不断更新。地测信息的更新势必导致依存于它的其它应用产生更新。而目前的煤矿空间信息系统以文件的形式存储图形数据，这给煤矿各部门之间信息共享带来了困难。只有将属性数据与矢量数据用数据库系统统一管理，才能有效地解决这一难题，因此，数据库型煤矿空间数据管理模式将会逐渐成为主流。
为了给用户较大的自由空间，系统的数据存储平台采用灵活的方式，允许用户自由选择存储方式。系统提供给用户三种存储模型，主要包括空间数据库型、纯文件型和混合型三种（图2-2所示）：
矿井采掘衔接设计系统
数据库管理系文件管理系统 文件管理系统 数据库管理系 空间/属性 空间 属性 空间/属性 数据文件 数据文件 数据库 数据库
(a)数据库型 (b)纯文件型 (c)混合型
图2-2 煤矿空间数据存储模型 Fig 2-2 The store model of space date in coal
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（1）空间数据库型
空间数据库型存储模型将空间数据和属性都存放在关系型数据库中统一进行管理。因为不需要在文件中存储具体的数据，所以其文件格式就比较简单，由文件头和数据库连接信息组成，文件结构见图2-3所示：
数据库连接信息 图2-3 空间数据库型文件格式结构 Fig 2-3 The file format structure of space database 文件头 （2）纯文件型
纯文件型存储模型将空间数据和属性数据都存放在一个文件中，由文件系统统一管理，系统直接存取二进制文件。其文件由固定长度的文件头、变长的图层信息、变长的内部属性数据集头信息和变长的空间对象集组成。
内部属性数据集存储属性数据，一个内部属性数据集相当于关系数据库中的一个表，由若干条记录组成，每条记录由若干字段组成。这里存储的是其头信息，即字段信息。内部属性数据集的记录信息存储在空间对象中。
空间对象集由若干个空间对象组成。在纯文件型的文件格式中，每个空间对象除了要存储空间信息外，还需要存储属性信息，文件结构见图2-4所示：
文件头 图层信息 内部属性数据集头信息 空间对象 空间信息 ?? 空间对象 空间信息 属性信息 属性信息 空间对象集
图2-4 纯文件型文件格式结构
Fig 2-4 The file format structure of pure file
（3）混合型
混合型存储模型的空间数据采用文件方式管理，属性数据使用数据库系统管
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理。其文件格式与纯文件型比较相近，由固定长度的文件头、变长的图层信息和变长的空间对象集组成。
由于属性数据是存储在数据库中的，混合型文件格式不再需要内部属性数据集头信息。而且，其空间对象集中也不需要存储属性信息，只需要存储属性连接信息就可以了。因此，在混合型文件格式中，每一个空间对象由空间信息和属性连接信息组成。文件结构见图2-5所示：
图2-5 混合型文件格式结构
Fig 2-5 The file format structure of mix
头文件 图层信息 空间对象 空间信息 ?? 空间对象 空间信息 属性连接信息 属性连接信息 空间对象集
2.4 系统设计思路和功能划分
2.4.1系统设计思路
在经历了用人工排队法、动态规划法、关键线路法、贝叶斯预测法对采掘衔接系统进行的尝试后，许多学者开始研究模型辅助决策系统，一般是用单一典型模型来解决某类的决策问题，如一定时间内的回采工作面或掘进工作面衔接等。矿井的采掘系统是一个十分复杂的动态系统，它所涉及的模型不仅仅是一个，采用单一模型不能很好解决问题。于是有学者研究决策支持系统(DSS)，把采掘衔接的众多模型有效地组织和存储起来，并建立了模型库和数据库的有机结合，这是迄今较成熟的采掘衔接计算机系统[22]。
智能决策支持系统是在专家系统和决策支持系统的基础上发展起来的，它既具有专家系统的定性分析的功能，又具有决策支持系统定量分析的优点[23]。将智能决策支持系统应用于采掘衔接的编制，对矿井的核心部分——采掘关系科学地、
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系统地分析，将定性分析和定量分析有机地结合起来，经过多方案比较择优和交互式调整后，确定最终矿井采掘接替方案。
2.4.2系统结构及功能
本系统是以地测和生产统计数据库、现代预测技术、管理方法和决策模型为支持的采掘衔接计划决策支持系统。
根据系统的决策目标及功能要求，该系统的总体结构如图2-6所示[22][24]。
地测数据库 计算机模拟模 数 模 据 型 生产统计数据时间序列预测 库 库 生产计划数据统筹法模型
数据库管理系统 模型库管理系统
人机交互系统
决策图2-6：矿井采掘衔接总体结构Fig 2-6 The whole structure of coal mining-link
数据库包括地测数据库、生产统计数据库和生产计划数据库，数据库除存放历史数据外，还为模型库中模型的运行提供基础数据，并存放编制的结果。模型库主要包括计算机模拟模型、时间序列预测模型及统筹法模型三种基本模型和一系列专用模型。时间序列预测模型从生产统计数据库直接读取原始数据，将预测结果提供给计算机模拟模型和统筹法模型使用。计算机模拟模型和统筹法模型还从地测数据库和生产计划数据库读取所需信息[25]。
矿井采掘衔接决策支持系统的主要任务就是处理大量的生产数据，并获得支持管理决策所需要的信息。考虑到煤炭企业局域网的要求，需要由矿井的生产管理人员使用客户机处理应用程序，而数据的处理则在由专人维护、使用的服务器
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