基于WebGIS的瓦斯預測信息管理系統(tǒng)
郝富昌,郝天軒,劉明舉,張振華
(河南理工大學資源與材料工程系,河南焦作454003)
摘 要:針對瓦斯地質數(shù)據(jù)等信息資源共享中存在的問題,提出了采用WebGIS(網絡地理信息
系統(tǒng))技術,以ArcView為平臺,以ArcIMS 4.0為發(fā)布工具的解決方案。介紹了瓦斯預測信息
管理系統(tǒng)的設計目標,闡述了系統(tǒng)的體系結構、開發(fā)環(huán)境、技術流程,并對系統(tǒng)開發(fā)過程中的關鍵技術進行了詳細分析。
關鍵詞:瓦斯預測;WebGIS;管理信息系統(tǒng);ArcIMS
中圖分類號:TD76 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)
基金項目:國家“十五”科技攻關項目(2001BA803B0402)
煤與瓦斯突出是煤礦生產中最大的自然災害之一,準確科學地預測礦井瓦斯突出危險區(qū)是確保煤礦安全生產的關鍵。對瓦斯突出區(qū)域的預測,涉及數(shù)據(jù)多,信息量大,且反映突出條件的瓦斯地質數(shù)據(jù)隨煤礦生產而不斷變化,如何有效地將這些數(shù)據(jù)管理起來,是體現(xiàn)礦井安全管理水平和先進程度的重要標志。目前,煤礦企業(yè)各個部門積累了大量的瓦斯地質數(shù)據(jù),但存在著數(shù)據(jù)標準不一致,兼容性與可比性差,利用率低,造成了瓦斯區(qū)域預測資源的極大浪費現(xiàn)象。而在信息時代,如何獲取大量數(shù)據(jù)并從中提取需要的信息是十分重要的。資源共享就是一條重要且極其有效的途徑。
WebGIS(網絡地理信息系統(tǒng))是指基于Internet平臺、客戶端應用軟件、采用WWW協(xié)議、運行在萬維網上的地理信息系統(tǒng)〔1-2〕。與傳統(tǒng)GIS軟件相比,最大特點是在空間框架下實現(xiàn)圖形、圖像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動態(tài)鏈接,提供網上可視化查詢和空間分析功能,使原來基于單機的GIS擴展到整個因特網,使得地學數(shù)據(jù)和地學模型有可能在全球范圍內共享〔3〕。
本軟件系統(tǒng)以一個瓦斯涌出量大,煤與瓦斯突出頻繁的礦井———淮南煤業(yè)集團潘三煤礦的瓦斯地質資料和突出信息為例,在ArcView的基礎上,利用WebGIS軟件ArcIMS,開發(fā)出了功能較強、數(shù)據(jù)可普遍共享的瓦斯預測信息管理系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)目標及系統(tǒng)結構設計
瓦斯預測信息管理系統(tǒng)是基于瓦斯地質理論預測瓦斯的成果,著眼于運用現(xiàn)代化手段提高工作效率和管理水平,對瓦斯預測進行信息化管理,設定如下目標:
(1)用戶不僅可以把自己所獲得的各種瓦斯地質數(shù)據(jù)發(fā)布到網上,還可以根據(jù)權限從站點中瀏覽或下載礦用圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和網絡發(fā)布。
(2)提供礦用矢量圖形系統(tǒng),可生成采掘工程平面圖,瓦斯含量等值線圖,瓦斯壓力等值線圖,瓦斯地質圖等重要圖件,并能實現(xiàn)這些圖形的快速更新、查詢、打印等功能。
(3)等值線生成、標注、查詢、顯示模塊。利用實測數(shù)據(jù),在分析綜合的基礎上完成構造軟煤等厚線圖、瓦斯含量等值線圖、瓦斯壓力等值線圖的生成。
(4)視圖主題的平移、放大、縮小、漫游等功能。
(5)查詢功能的設計與實現(xiàn)。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)由圖形查詢屬性以及屬性查詢圖形的功能。
(6)空間分析功能。通過各實測數(shù)據(jù)的輸入,比較準確的預測出瓦斯突出危險區(qū)。
依照系統(tǒng)目標,設計出的瓦斯預測信息管理系統(tǒng)分為三個層次,數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層和展示層〔4〕。
數(shù)據(jù)層主要負責空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的存儲管理;業(yè)務邏輯層主要是響應用戶的各種請求和查詢操作,通過ArcIMS和ASP程序交互作用來實現(xiàn);展示層是系統(tǒng)將用戶所需的信息或請求處理結果以文本數(shù)據(jù)、HTML文件以及GIF/JPEG影像數(shù)據(jù)返回給用戶。建立這種體系結構可將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的應用分割來,大大提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及可擴展性。系統(tǒng)結構如圖1所示。
2 基于WebGIS的瓦斯預測信息管理系統(tǒng)的設計本系統(tǒng)是基于nternet/Intranet標準,將地圖3.空間信息和屬性信息有機地結合起來的網絡化地理信息系統(tǒng)。
圖1 瓦斯預測信息管理系統(tǒng)結構圖
2.1 系統(tǒng)的實現(xiàn)模式
突出區(qū)域預測可視化系統(tǒng)以煤礦企業(yè)局域網作為運行環(huán)境,系統(tǒng)的用戶主要為煤礦領導、相關科室(如地質科、通風科、網絡信息中心等)的工程技術人員,用戶數(shù)量不多。用戶的主要業(yè)務包括數(shù)據(jù)查詢、輸入、更新、分析、系統(tǒng)維護、圖件打印輸出等業(yè)務。
考慮到系統(tǒng)的構建、維護、運行費用等諸多因素,在綜合分析CGI模式、服務器端應用程序接口(ServerAPI)模式、Plug-in模式、GIS ActiveX控件模式、GIS Java Applet模式優(yōu)缺點的基礎上,本系統(tǒng)采用基于CGI模式的網絡地理信息系統(tǒng)作為實現(xiàn)模式。
它的最大優(yōu)勢是:①具有大型GIS的分析功能,并且可利用已有的GIS資源;②在客戶端使用支持標準HTML格式的Web瀏覽器,操作結果以靜態(tài)GIF或JPEG格式的圖像顯示,客戶端與平臺無關。
2.2 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境及技術流程
系統(tǒng)的服務器端運行在Windows 2000 Server上;GIS平臺選用ArcView GIS 3.3;屬性數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000建立,通過ArcView和SQLServer的無縫連接來完成空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,雙向查詢及數(shù)據(jù)的更新維護;Web服務器采用Microsoft IIS 5.0,通過Asp程序與ArcIMS進行交互;系統(tǒng)客戶端的運行界面采用HTML語言和腳本語言編寫,用戶不必在本地計算機上安裝GIS軟件就可以在Internet上訪問遠程的GIS數(shù)據(jù)和應用程序,進行GIS分析,在Internet上提供交互的地圖和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的技術開發(fā)流程如圖2所示。
圖2 瓦斯區(qū)域預測信息管理系統(tǒng)的技術路線圖
在本系統(tǒng)中,用到的數(shù)據(jù)表比較多。鉆孔基本信息表主要存儲施工鉆孔的編號、所屬剖面號、鉆孔類別、開孔坐標、終孔坐標、鉆孔設計參數(shù)、施工質量、鉆探等基本信息。鉆孔地質數(shù)據(jù)表用于存儲鉆孔揭露的地層、巖層、煤層等地質數(shù)據(jù)。鉆孔彎曲測量表和鉆孔標志層表分別存儲鉆孔測斜和鉆孔所揭露的標志層的相應數(shù)據(jù)。構造軟煤數(shù)據(jù)表存儲構造煤數(shù)據(jù)點位置、厚度、構造煤厚度百分比等數(shù)據(jù)。斷層數(shù)據(jù)表存儲斷層的名稱、性質、產狀及標注等信息。瓦斯突出點數(shù)據(jù)表存儲歷年突出卡片記錄的相關信息。瓦斯含量(壓力)、構造復雜系數(shù)數(shù)據(jù)表存儲瓦斯含量(壓力)、構造復雜系數(shù)數(shù)據(jù)點及相關信息值。煤層段數(shù)據(jù)表則存儲煤層段分層厚度、位置等數(shù)據(jù)。
2.4 系統(tǒng)的視圖設計
視圖是一種交互式地圖,具備對地理數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、管理、顯示、查詢和分析等功能[5-6]。ArcView通過視圖這一形式,可以有效的表達空間數(shù)據(jù)。Ar-cView通過主題來組織視圖,主題又分為點、線、面三種類型。為此,在視圖設計中,將突出區(qū)域預測中涉及的空間實體抽象為點、線、面對象。
(1)將開拓工程(主井、副井、矸石井、風井)位置、鉆孔孔口位置、鉆孔見煤點位置、瓦斯突出點位置、煤層厚度數(shù)據(jù)點、構造煤層厚度數(shù)據(jù)點、構造煤層厚度百分比數(shù)據(jù)點、構造復雜系數(shù)數(shù)據(jù)點、巖層段厚度數(shù)據(jù)點等作為點對象。
(2)線對象包括勘探線、斷層斷煤交線、煤層底板等高線、構造軟煤厚度和瓦斯含量(壓力)等值線等各種等值線、井田邊界線、坐標格網線、煤層露頭線、巷道工程等。
(3)多邊形對象包括煤層風化帶、工作面區(qū)域、井田范圍、礦井突出區(qū)、工作面突出帶和斷層區(qū)域等。
3 系統(tǒng)關鍵技術的設計及實現(xiàn)
3.1 應用ArcIMS實現(xiàn)WebGIS的功能ArcIMS運行在一個分布式的環(huán)境下,由客戶端和服務器端的部件組成。用ArcIMS設計并制作的瓦斯預測GIS站點是高度可調整的,允許大量用戶并發(fā)的訪問站點,許多請求能夠被同時處理,應用ArcIMS能夠隨著時間的推移擴展服務器功能以滿足日益增長的請求。
ArcIMS能夠實現(xiàn)地圖服務,把矢量要素以流的方式發(fā)送到客戶端,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的查詢和數(shù)據(jù)提取等功能〔7-10〕。下面就以基于We-bGIS的瓦斯區(qū)域預測信息管理系統(tǒng)為例,具體說明應用ArcIMS實現(xiàn)地圖服務和數(shù)據(jù)查詢提取功能。
ArcIMS能夠實現(xiàn)用戶對相關瓦斯地質空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的方便調用。例如:當客戶端通過Inter-net/Intranet向Web服務器提交一個瀏覽礦井瓦斯地質圖的請求時,Web服務器接到請求后,立即作出響應并進行請求處理,如遇到地圖服務請求,就將請求進一步提交給ArcIMS服務器,ArcIMS服務器接到請求后,進行相關的GIS運算處理,通過Ar-cView從數(shù)據(jù)庫中調出瓦斯地質圖,同時將調出的圖提交給Web服務器,最后將圖提交給客戶端,在瀏覽器上顯示。
3.2 瓦斯突出區(qū)域預測的實現(xiàn)
綜合分析潘三礦的瓦斯含量分布特征、瓦斯壓力特征、構造煤厚度特征、構造系數(shù)特征、煤層埋藏深度、瓦斯突出點分布特征等因素后得出結論,影響潘三礦煤與瓦斯突出的主要因素是瓦斯壓力和構造軟煤厚度,所以突出危險區(qū)和突出威脅區(qū)主要依靠構造軟煤厚度、瓦斯壓力分布兩個參數(shù)來確定。判別規(guī)則是:①瓦斯壓力<0.74 MPa的區(qū)域為非突出區(qū);瓦斯壓力>0.74 MPa,但構造煤厚度<
本系統(tǒng)利用ArcView多邊形疊加分析功能實現(xiàn)瓦斯突出區(qū)域預測。首先由各個鉆孔的測井曲線判別獲得各鉆孔構造軟煤厚度,繼而由各個鉆孔點的構造軟煤厚度值生成點狀主題,利用ArcView的Contours工具生成構造軟煤等值線圖。再由現(xiàn)場實驗測得的各個點的瓦斯壓力值生成瓦斯壓力等值線圖。接著由等值線的線狀主題轉化為多邊形主體,然后利用多邊形疊加實現(xiàn)不同主題的求交運算,進而得到重疊區(qū),即突出危險區(qū)。
4 結 論
瓦斯預測信息管理系統(tǒng)利用網絡技術、GIS技術和數(shù)據(jù)庫技術提出了瓦斯地質數(shù)據(jù)管理和共享的解決方案,解決了瓦斯地質數(shù)據(jù)難以得到共享的技術難題。在GIS屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的基礎上,實現(xiàn)了瓦斯預測信息資源的瀏覽、交互式操作、礦井信息的查詢以及圖形與屬性數(shù)據(jù)結合的功能。
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作者簡介:郝富昌,男,河南社旗人,河南理工大學在讀研究生,主要從事瓦斯突出區(qū)域預測可視化的研究。
