基于WebGIS瓦斯預測信息管理系統(tǒng)

—基于WebGIS瓦斯預測信息管理系統(tǒng)郝富昌，郝天軒，劉明舉，張振華（河南理工高校資源與材料工程系，河南焦作454003）針對瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)等信息資源共享中存在的問題，提出了采納WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，以ArcView為平臺，以ArcIMS4.0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(shè)計目標，闡述了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)環(huán)境、技術(shù)流程，并對系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)進行了具體分析。瓦斯預測；WebGIS；管理信息系統(tǒng)；ArcIMS中圖：TD76文獻標識碼：B：XXX3-496X（20XX）03-0023-03基金工程：國家“十五”科技攻關(guān)工程（20XXBA803B0402）煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中最大的自然災害之一，精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(chǎn)的關(guān)鍵。對瓦斯突出區(qū)域的預測，觸及數(shù)據(jù)多，信息量大，且反映突出條件的瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)隨煤礦生產(chǎn)而不斷改變，如何有效地將這些數(shù)據(jù)管理起來，是表達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(zhì)數(shù)據(jù)，但存在著數(shù)據(jù)標準不全都，兼容性與可比性差，利用率低，造成了瓦斯區(qū)域預測資源的極大鋪張現(xiàn)象。而在信息時期，如何取得大量數(shù)據(jù)并從中提取需要的信息是非常重要的。資源共享就是一條重要且極其有效的途徑。WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）是指基于Internet平臺、客戶端應(yīng)用軟件、采納協(xié)議、運行在萬維網(wǎng)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完成圖形、圖像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動態(tài)鏈接，提供網(wǎng)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(wǎng)，使得地學數(shù)據(jù)和地學模型有可能在全球范圍內(nèi)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(zhì)資料和突出信息為例，在ArcView的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)設(shè)計瓦斯預測信息管理系統(tǒng)是基于瓦斯地質(zhì)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(shè)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(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上，還可以依據(jù)權(quán)限從站點中閱讀或下載礦用圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的共享和網(wǎng)絡(luò)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(zhì)圖等重要圖件，并能完成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(chǔ)上完成構(gòu)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(shè)計與完成。本系統(tǒng)可以完成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，比擬精確的預測出瓦斯突出危險區(qū)。按照系統(tǒng)目標，設(shè)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(wù)規(guī)律層和展現(xiàn)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(wù)規(guī)律層主要是響應(yīng)用戶的各種懇求和查詢操作，通過ArcIMS和ASP程序交互作用來完成；展現(xiàn)層是系統(tǒng)將用戶所需的信息或懇求處理結(jié)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(jié)構(gòu)可將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的應(yīng)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(jié)構(gòu)如圖1所示。2基于WebGIS的瓦斯預測信息管理系統(tǒng)的設(shè)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(jié)合起來的網(wǎng)絡(luò)化地理信息系統(tǒng)。圖1瓦斯預測信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1系統(tǒng)的完成模式突出區(qū)域預測可視化系統(tǒng)以煤礦企業(yè)局域網(wǎng)作為運行環(huán)境，系統(tǒng)的用戶主要為煤礦領(lǐng)導、相關(guān)科室（如地質(zhì)科、通風科、網(wǎng)絡(luò)信息中心等）的工程技術(shù)人員，用戶數(shù)量不多。用戶的主要業(yè)務(wù)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(wù)?？紤]到系統(tǒng)的構(gòu)建、維護、運行費用等諸多因素，在綜合分析CGI模式、服務(wù)器端應(yīng)用程序接口（ServerAPI）模式、Plug-in模式、GISActiveX控件模式、GISJavaApplet模式優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)采納基于CGI模式的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)作為完成模式。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在客戶端運用支持標準HTML格式的Web閱讀器，操作結(jié)果以靜態(tài)GIF或JPEG格式的圖像顯示，客戶端與平臺無關(guān)。2.2系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境及技術(shù)流程系統(tǒng)的服務(wù)器端運行在Windows20XXServer上；GIS平臺選用ArcViewGIS3.3；屬性數(shù)據(jù)庫采納SQLServer20XX建立，通過ArcView和SQLServer的無縫聯(lián)結(jié)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(wù)器采納MicrosoftIIS5.0，通過Asp程序與ArcIMS進行交互；系統(tǒng)客戶端的運行界面采納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(yīng)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(shù)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(shù)路線圖2.3系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計在本系統(tǒng)中，用到的數(shù)據(jù)表比擬多。鉆孔根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(shè)計參數(shù)、施工質(zhì)量、鉆探等根本信息。鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)表用于存儲鉆孔揭露的地層、巖層、煤層等地質(zhì)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(yīng)數(shù)據(jù)。構(gòu)造軟煤數(shù)據(jù)表存儲構(gòu)造煤數(shù)據(jù)點位置、厚度、構(gòu)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(zhì)、產(chǎn)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(guān)信息。瓦斯含量（壓力）構(gòu)造冗雜系數(shù)數(shù)據(jù)表存儲瓦斯含量（壓力）構(gòu)造冗雜系數(shù)數(shù)據(jù)點及相關(guān)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(shè)計視圖是一種交互式地圖，具備對地理數(shù)據(jù)的創(chuàng)立、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(shè)計中，將突出區(qū)域預測中觸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(gòu)造煤層厚度數(shù)據(jù)點、構(gòu)造煤層厚度百分比數(shù)據(jù)點、構(gòu)造冗雜系數(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(gòu)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(wǎng)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(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計及完成3.1應(yīng)用ArcIMS完成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(wù)器端的部件組成。用ArcIMS設(shè)計并制作的瓦斯預測GIS站點是高度可調(diào)整的，答應(yīng)大量用戶并發(fā)的訪問站點，很多懇求能夠被同時處理，應(yīng)用ArcIMS能夠伴著時間的推移擴展服務(wù)器功能以滿意日益增長的懇求。ArcIMS能夠完成地圖服務(wù)，把矢量要素以流的方式發(fā)送到客戶端，完成空間數(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，詳細說明應(yīng)用ArcIMS完成地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)查詢提取功能。ArcIMS能夠完成用戶對相關(guān)瓦斯地質(zhì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的便利調(diào)用。例如：當客戶端通過Inter-net/Intranet向Web服務(wù)器提交一個閱讀礦井瓦斯地質(zhì)圖的懇求時，Web服務(wù)器接到懇求后，立刻作出響應(yīng)并進行懇求處理，如遇到地圖服務(wù)懇求，就將懇求進一步提交給ArcIMS服務(wù)器，ArcIMS服務(wù)器接到懇求后，進行相關(guān)的GIS運算處理，通過Ar-cView從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出瓦斯地質(zhì)圖，同時將調(diào)出的圖提交給Web服務(wù)器，最終將圖提交給客戶端，在閱讀器上顯示。3.2瓦斯突出區(qū)域預測的完成綜合分析潘三礦的瓦斯含量分布特征、瓦斯壓力特征、構(gòu)造煤厚度特征、構(gòu)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(jié)論，影響潘三礦煤與瓦斯突出的主要因素是瓦斯壓力和構(gòu)造軟煤厚度，所以突出危險區(qū)和突出威逼區(qū)主要依靠構(gòu)造軟煤厚度、瓦斯壓力分布兩個參數(shù)來確定。判別規(guī)章是：①瓦斯壓力0.74MPa，但構(gòu)造煤厚度0.9m的，同時沒有瓦斯突出點分的區(qū)域為突出威逼區(qū)；②瓦斯壓力>0.74MPa，同時構(gòu)造煤層厚度≥.9m的區(qū)域為突出危險區(qū)。本系統(tǒng)利用ArcView多邊形疊加分析功能完成瓦斯突出區(qū)域預測。首先由各個鉆孔的測井曲線判別獲得各鉆孔構(gòu)造軟煤厚度，繼而由各個鉆孔點的構(gòu)造軟煤厚度值生成點狀主題，利用ArcView的Contours工具生成構(gòu)造軟煤等值線圖。再由現(xiàn)場試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(zhuǎn)化為多邊形主體，然后利用多邊形疊加完成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(jié)論瓦斯預測信息管理系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)提出了瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)管理和共享的解決方案，解決了瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)難以得到共享的技術(shù)難題。在GIS屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成了瓦斯預測信息資源的閱讀、交互式操作、礦井信息的查詢以及圖形與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合的功能。：〔1〕劉南，劉仁義.WebGIS原理及其應(yīng)用〔M〕.北京：科學出版社，20XX.〔2〕彭明軍，李宗華，楊存青.WebGIS完成技術(shù)及發(fā)展研討〔J〕.測繪信息與工程，20XX（1）41-44.〔3〕吳信才.地理信息系統(tǒng)原理與方法〔M〕.北京：電子工業(yè)出版社，20XX：58-63.〔4〕陳植華，關(guān)學峰，胡成.基于WebGIS的環(huán)境地質(zhì)災害網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，20XX（2）20-23.〔5〕湯國安，陳正江，杜牡丹，等.ArcView地理信息系統(tǒng)空間分析方法〔M〕.北京：科學出版社，20XX：1-15.〔6〕樊紅，翟建軍.ArcViewGIS應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)[M].武漢：武漢高校出版社，20XX：215-231.〔7〕謝建華.開發(fā)WebGIS的一種新技術(shù)———ArcIMS技術(shù)〔J〕.自然雜志，20XX，25（2）86-89.〔8〕吳信才，郭玲玲.WebGIS開發(fā)技術(shù)分析與系統(tǒng)完成〔J〕.計算機工程與應(yīng)用，20XX（5）96-99.〔9〕ZHAOXian-jun.TheapplicationofWebGIStechnologyincoalmine〔J〕.Com