矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包
矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包
“矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包”，英文名称为The Coal Mine Exploitting Subsidence Integrative Softwares for Data Processing and Analyzing Version 1.1.7，简称 MISPAS软件包，汉语拼音为“MaiSiPaSi”。MISPAS软件包是一种基于三维虚拟现实技术、适用于多种数据采集手段、数据处理与分析功能较齐全、高效地进行信息管理、自动化程度高、具有独立版权的矿山开采沉陷综合处理软件包，以实现对矿区开采引起的地表移动变形进行有效的监控。MISPAS软件包是由城市实景三维与智能安全监测安徽省联合共建学科重点实验室（简称“重点实验室”）的合作单位安徽理工大学结合科研和工程应用的实际需要、在相关纵横向科研项目支持下、历时20余年、并不断修改完善而研发的。
MISPAS软件包主要由MISPAS软件（MISPAS软件包的主控软件）、观测站设计软件（Design Software for Observation Station Version 1.0,简称DSOS软件，汉语拼音为“DeSuoSi”）、全球导航卫星定位控制网数据后处理软件（Data Post-Processing Softwares for GNSS Network Version 1.0，简称GNetDPPS软件,汉语拼音为“GiNetDePaSi”）、变形监测三维演示系统软件（ 3 Dimensional Deformation Monitoring Demo system software Version 1.0, 简称3DMS软件,汉语拼音为“3DiMaSi”）、移动变形数据处理及制图软件(Movement And deformation Date processing and CArtograph Software Version 1.0,简称MADCAS软件,汉语拼音为“MoDeCaSi”)、开采沉陷预计参数解算软件（Parameters CAlculating Software for Mining Subsidence Predict Version 1.0,简称PCASMS软件,汉语拼音为“PiKaSiMiSi”）、矿山开采沉陷预计与制图软件（Mining Subsidence Predict And Cartograph Software Version 1.0,简称MSPACS软件,汉语拼音为“MaiSiPaiKeSi”）、开采沉陷损害分析与评价系统软件（Damage Analyzing and Evaluating System Software for Mining Subsidence Based on GIS Version 1.0，简称MSDAES软件，汉语拼音为“MaiSiPaiKeSi”)等组成。这些软件，既可以在MISPAS软件包下集成运行，也可以单独运行，还可以作为其他软件的功能模块使用。
MISPAS软件包封面
1、MISPAS软件
MISPAS软件是MISPAS软件包的主控软件，负责MISPAS软件包的用户管理、工程项目管理、观测阶段管理、界面管理等。根据用户数据处理目的，调用不同的功能软件。例如，在进行观测站的GNSS连接测量控制网数据处理时，调用GNetDPPS软件；在进行移动变形计算及绘制移动变形曲线图时，调用MADCAS软件。
MISPAS软件的主界面
2、DSOS软件
观测站设计软件（简称DSOS软件）主要根据设站区域的地质采矿条件、开采沉陷参数、井上下对照图等自动进行地表移动观测站的设计，用户可以对设计方案进行修改（如删除、增加、移动设计点位），输出观测站中测点的坐标及观测站的基本信息（如观测线条数及长度、控制点数量及标识码、监测点数量及标识码等），为观测站标石埋设提供放样坐标，为后续数据处理成果的分线（块）输出、移动变形曲线图的绘制等提供基础信息。
DSOS软件的主界面
对于观测站而言，一般由走向线和倾向线构成，为便于成果的应用和分析，MISPAS软件包中GNetDPPS软件利用观测站的设计信息可以分线输出成果册。
3、GNetDPPS软件
全球导航卫星定位控制网数据后处理软件（简称GNetDPPS软件）是MISPAS软件包的主要功能软件之一，负责MISPAS软件包中的GNSS控制网、常规平面网、常规高程网、GNSS RTK测量的数据处理和质量评价，为“移动变形数据处理及制图软件”(简称MADCAS软件)提供坐标和高程。
1）GNSS控制网数据后处理软件
在工程控制网、观测站的连接测量、全面观测过程中，通常采用GNSS静态相对定位技术，因此， GNSS控制网数据后处理软件也是MISPAS软件包的主要功能软件之一。GNSS控制网数据后处理软件是在WGS-84空间直角坐标系中对GNSS基线向量网（基线向量解算由其它软件完成）进行约束平差或无约束平差、GNSS网质量评价、坐标系统和高程系统转换的数据处理软件。
GNSS控制网数据后处理软件界面
GNetDPPS软件的主要特点有：
（1）GNetDPPS软件可接收多种类型接收机（如Leica、Trimble、中海达、南方、华测等常用接收机）的随机软件解算的基线向量文件，也可以接收由GAMIT精密基线解算软件提供的基线向量文件。
（2）GNetDPPS软件可以对基线向量的质量进行检核。检核内容主要包括同步环检核、异步环检核和重复基线检核，既可以自动化检核，也可以人工选择基线进行检核。根据检核结果，可以删除不合格的基线向量。
（3）GNetDPPS软件进行GNSS网空间平差时具有最小二乘估计和抗差估计功能。为实现平差系统自动消除观测值中的粗差对平差成果的影响，提供了抗差估计功能。用户可通过设置模型参数的方式来定义合适的抗差估计模型。
（4）GNetDPPS软件具有对GNSS网进行平面坐标系统转换的功能。包括坐标换算、高斯投影、坐标正反算、换带计算、转换参数的检验、转换模型的精度评价等功能。为避免非稳定基准点对转换后GNSS网的精度影响，提供了高崩溃污染率抗差估计方法。
（5）GNetDPPS软件具有对GNSS网进行高程系统转换的功能。包括转换参数的检验、转换模型的精度评价、GNSS水准精度评定等。
（6）GNetDPPS软件提供了丰富的数据处理分析成果。主要有粗差探测成果、GNSS网的内外可靠性成果、单位权中误差检验成果、平差计算成果、点位中误差成果、基线中误差和相对中误差、坐标方位角中误差、高程中误差、抗差估计识别的粗差成果、GNSS网形等等。
（7）GNetDPPS软件具有友好的交互式数据管理界面，数据处理的自动化程度高。例如，利用引擎器设置相关数据处理模型和参数后，软件具有一键自动化处理的能力。
2）平面网数据处理软件
“平面网数据处理软件”是用于处理采用常规测量仪器（经纬仪、测距仪、全站仪等）建立的平面控制网的软件。该软件具有如下的特点：
（1）可处理多种类型平面网，如测角网、测边网、边角网和导线网。当这些控制网中具有约束条件（固定边长、固定坐标方位角、固定角等）时，软件也可以处理。
（2）对平面网进行平差计算时，既可以采用常用的最小二乘估计方法，也可以采用抗差估计方法以自动消除观测值中的粗差对平差成果的影响。
（3）平差成果可提供给GNSS网平面坐标系统转换软件，以进行GNSS网的坐标系统转换。
（4）可对控制网的内、外可靠性进行评价、探测观测值中是否含有粗差以及对单位权中误差进行检验等。平差后可输出的成果较丰富，除可输出平差成果（如观测值平差值、坐标平差值、坐标方位角中误差、边长相对中误差等）外，还可以绘制控制网图形（包括点位误差椭圆和相对误差椭圆）。
平面网数据处理软件界面
3）水准网数据处理软件
水准网数据处理软件是用于处理水准高程控制网的软件,该软件具有如下的特点：
（1）对水准网的平差计算，既可以采用常用的最小二乘估计方法，也可以采用抗差估计方法以自动消除观测值中的粗差对平差成果的影响。用户通过定义抗差参数，从而构造不同的抗差估计模型，以确定适合于待处理控制网的抗差模型。
（2）平差成果可提供给GNSS网高程系统转换软件，以进行GNSS网的高程系统转换。
（3）可对控制网的外业观测质量、内外可靠性进行评价、探测观测值中是否含有粗差以及对单位权中误差进行检验等；可输出平差成果（如高差观测值平差值和高程平差值及其中误差等）丰富。
水准网数据处理软件界面
4）GNSS RTK 测量数据处理软件
“GNSS RTK测量数据处理软件”（或称“GNSS RTK数据录入系统”）是用于处理采用GNSS RTK技术获取的测点的空间位置信息的软件，为移动变形计算提供观测阶段的测点平面位置和高程。该软件主要有以下特点：
（1）可同时导入多个EXCEL格式的GNSS RTK数据文件。若认为某点某一次测量的数据有明显问题，可从系统中删除掉。
（2）对GNSS RTK测量的精度进行统计。从GNSS RTK测量的平面位置精度、高程精度和空间精度等三方面，对该次GNSS RTK测量的精度进行统计。
（3）若该次GNSS RTK测量所有测点进行了多次观测（不低于2次），在MISPAS软件包中，可采用取平均值的方式进行数据处理和分析；若所有测点观测次数更多（不低于10次），还可采用Kalman滤波的方式进行数据处理和分析，这有利于提高GNSS RTK测量的精度。
（4）用户可根据GNSS RTK测量的精度，确定该次测量的高程是否参与移动变形计算。若同时进行了水准测量，用户还可以根据输出的数据文件比较两种高程或高差的差异，以分析GNSS RTK高程测量代替水准测量的可行性。
（5）处理后的成果，以文本格式和EXCEL格式按观测线（监测块体）进行输出，以便于移动变形计算和图形的绘制。
GNSS RTK测量数据处理软件界面
4、MADCAS软件
移动变形数据处理及制图软件(简称MADCAS软件)是MISPAS软件包的功能软件模块之一。MADCAS软件可以单独运行，也可以作为MISPAS软件包的功能模块之一在MISPAS软件包下运行。
“开采沉陷移动变形数据处理及制图软件——MADCAS V1.0”（简称MADCAS软件）于2015年12月21日获中华人民共和国国家版权局计算机软件著作权（登记号：2015SR270546，软著登字第1157632号）。
MADCAS软件主要是利用GNSS数据后处理软件平差计算的各期监测数据和地质采矿条件计算移动变形信息（下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形），按观测日期分图层绘制移动变形曲线图（下沉曲线、倾斜曲线、曲率曲线、水平移动曲线、水平变形曲线），并生成移动变形信息报表、基准时段坐标高程成果册和监测时段坐标高程成果册，为分析地表移动变形动态规律提供基础信息。
MADCAS软件的主要界面
5、MSPACS软件
矿山开采沉陷预计与制图软件（简称MSPACS软件）是MISPAS软件包的功能软件模块之一，主要功能是采用在两淮矿区广泛使用的概率积分法进行矿山开采沉陷预计，为生产决策和矿区生态环境治理提供参考依据。
“矿山开采沉陷预计与制图软件 V1.0”（简称MSPACS软件） 于2010年9月16日获国家版权局计算机软件著作权（登记号：2010SR049146，软著登字第0237419号），该软件的主要特点有：
1）MSPACS软件可对单个或多个回采工作面开采引起的地表移动变形进行静态预计、动态预计和某一时间点的预计；也可对某一点的移动变形进行预计。预计结果以Auto CAD图和数据报表的格式输出。
2）软件自动化程度高，运行速度较快。MSPACS软件进行开采沉陷预计时，在用户利用引擎器定义好预计参数、输出内容后，软件可以根据用户的目标，自动进行计算。进行预计时，软件运行速度与预计区域的点的密度有关。例如，对某矿区首采面，长2615m，宽250m，回采速度为5m/d，按30m×30m格网进行静态预计（全采区预计和主断面预计）和每月一次进行动态预计，软件总体运行时间约5分钟。
3）软件具有友好的交互式数据处理界面。例如，利用软件引擎器可以设置预计参数，如地质采矿条件参数（工作面长和宽、采深、采高、煤层倾角等）、预计参数（拐点偏移距、影响角正切、下沉系数、水平变形系数等）、预计点间距、动态预计时刻等；对于多工作面预计，可分别设置不同工作面的预计参数；设置输出成果的种类（各种移动变形曲线和等值线）和输出方式（表格输出和图形输出）。软件根据设置的参数，进行自动计算和成果输出。
MSPACS软件的主要界面
4）软件提供图文并茂的丰富的预计成果。软件提供的文本成果有：走向和倾向主断面最大移动变形值，走向和倾向移动变形值，全采区移动变形值；按给定的时间间隔预计的地表动态移动变形值等。根据预计结果，可直接在AutoCAD下绘制相应的移动变形曲线图。绘制的移动变形曲线图有：走向和倾向移动变形曲线图（下沉曲线、倾斜曲线、曲率曲线、水平移动曲线、水平变形曲线），全采区静态和动态预计移动变形等值线图（下沉等值线、倾斜等值线、曲率等值线、水平移动等值线、水平变形等值线）。移动变形等线图可直接绘制在预计区域的CAD版地形图（井上下对照）上。
5）软件对预计成果进行有效的管理。对于不同的预计工程项目，其结果保存在软件安装目录的不同工程下；对于同一预计工程项目，单工作面预计和多工作面预计的结果也保存在该预计工程项目的不同目录下。对于动态预计，不同预计时间点的移动变形曲线图和等值线图，以不同的图层保存在同一CAD文件中，便于掌握动态变化规律和将其转化为GIS格式的图层。例如，对某一回采1年的工作面，若按3个月间隔进行动态预计，则在其走向和倾向主断面移动变形曲线图中，含有4个图层，每个图层中含有5种移动变形曲线及基本地质采矿条件（如采深、预计时间点和相应的工作面位置等）；在井上下对照图中，也新增4个图层，每个图层中含有5种移动变形等值线。
6）软件具有较强的容错能力。在运行全过程中，软件始终在进行错误检测，一旦发现问题，及时反馈信息。软件根据用户的设置或要求，确定某些操作是否允许执行。例如，若用户不进行全采区移动变形预计，则在成果输出阶段，软件自动将该输出项设置为不可用状态。同时，软件提供了在线汉化联机帮助文档，以便在使用过程中出现问题时，可在线帮助。
6、MSDAES软件
“开采沉陷损害分析与评价系统软件”(简称MSDAES软件) 是MISPAS软件包的功能软件模块之一。MSDAES软件可以单独运行，也可以作为MISPAS软件包的功能模块之一在MISPAS软件包下运行。
MSDAES软件主界面
MSDAES软件的主要功能是利用井上下对照图和MSPACS软件预计的地表移动变形信息，生成研究区开采沉陷的三维虚拟现实模型和二维模型，根据地物的抗变形能力和沉陷预计结果，使用地图统计功能，对沉陷区地物进行统计查询、超变形查询等，进而评价开采沉陷对地表建筑物的影响程度。对沉陷区道路（含边坡，允许设计坡度）修复提供土方量计算方法。MSDAES软件的主要功能模块包括：
1）创建DTM
DTM是数字地形模型。根据MSPACS软件预计的地表移动变形信息，创建下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形的DTM，为后续分析的基础。如沉陷区地物超变形查询，就需要首先创建沉陷区的曲率变形DTM，然后使用它结合地物的抗变形能力，进行统计分析，检索出超过变形阈值的地物，主要针对各种建筑物。DEM也是沉陷三维、沉陷动态模拟的必须数据。
2）创建等值线 根据MSPACS软件预计的地表移动变形信息，生成下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形等值线，与井上下对照图融合为一体，为开采沉陷损害分析与评价提供资料。
3）确定积水区范围 根据沉陷区潜水位和预计的下沉信息，确定积水区域。
4）道路修复土方计算 根据沉陷预测DTM，搜索沉陷范围内的道路，计算道路修复所需要的土方量。允许指定道路两侧的坡度。
5）沉陷区受影响的建构筑物查询 分类（如“房屋”）查询统计位于沉陷范围内的建构筑物。若数据库中提供的信息丰富，还可以统计出房屋数量、影响人口等信息。
6）危险建构筑物查询 每种建构筑物都有一定的抗变形能力，但超过这个临界变形值，建构筑就会被破坏。在数据库中确定了各种建构筑物的抗变形能力（临界变形值）后，可以统计出沉陷区内存在危险的建构筑物，为危险预警提供基本信息。
7）沉陷三维 将MSPACS软件预计的地表移动变形信息和沉陷区内地形地物融合为一体，生成三维虚拟现实模型，直观显示沉陷状况，有助于感性理解和分析。
8）动态模拟 将MSPACS软件按设置的时间节点预计的地表移动变形信息和沉陷区内地形地物融合为一体，对沉陷区发展过程进行三维仿真动态模拟，清楚地掌握沉陷的动态发展过程。
10）绘制剖面图 在工作底图上指定绘制剖面先的位置，即可绘制该剖面上的地表下沉剖面图。
7、PCASMS软件
开采沉陷预计参数解算软件（简称PCASMS软件）是利用观测站实测数据（基准时段坐标高程、地表稳沉后最后一次全面观测的坐标高程）、地质采矿条件和参数初始值，根据模矢法求参原理，解算用概率积分法进行开采沉陷预计时的5个基本参数（即主要影响角的正切、拐点偏移距（上、下、左、右四个值）、最大下沉系数、水平移动系数和影响传播角）；根据解算的参数，采用修正的概率积分法预计模型，对地表移动变形进行预计，将预计结果和实测值进行比较分析，从而评价解算参数的正确性。
PCASMS软件主界面
“开采沉陷预计参数解算软件——PCASMS V1.0”（简称PCASMS软件）于2016年3月16日获国家版权局计算机软件著作权（登记号：2016SR054991，软著登字第1233608号），该软件具有以下特点：
1）在MISPAS软件包中，PCASMS软件具有承前启后的作用
PCASMS软件根据MISPAS软件包中的水准网数据处理软件和RTK数据处理软件提供的观测站基准时段和监测时段的坐标高程成果，利用工作面的地质采矿条件（如工作面的角点坐标和采深、采高、煤层倾角、煤层倾向方位角等）和参数初始值，采用模矢法解算观测站的开采沉陷预计参数，并将解算的参数及相关地质采矿条件传送给MISPAS软件包中的“矿山开采沉陷预计与制图软件”（简称MSPACS软件），为进行工作面的静动态预计提供预计参数。
2）PCASMS软件具有按观测线分别进行参数解算和综合解算参数的能力
例如，若某一工作面布设了走向观测线和倾向观测线两条观测线，PCASMS软件既可以按走向观测线求参（但倾向方向的相关参数，如上下山方向的拐点偏移距不参与求参），也可以按倾向观测线求参（但走向方向的相关参数，如走向方向的拐点偏移距不参与求参），同时也可以利用走向线和倾向线联合求参。
3）PCASMS软件具有检验参数解算精度的能力
PCASMS软件利用解算的参数进行开采沉陷预计，并将预计的下沉值和水平移动值与实测值进行对比，根据绘制的差异图形，评判解算的参数的精度，为重新进行参数解算提供参考依据。
8、3DMS软件
变形监测三维演示系统软件（简称3DMS软件）根据观测站（或变形体）的监测点各次观测的空间位置信息，显示其空间变化位置，从而可掌握变形体的变形现状及发展趋势。3DMS软件既可以在MISPAS软件包下集成运行，也可以单独运行，还可以作为其他软件的功能模块使用。
3DMS软件的主界面
目前，MISPAS软件包的相关功能软件模块正在分别进行网络版升级，以提高MISPAS软件包的适用性。