基于WebGIS瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)

—基于WebGIS瓦斯預(yù)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(yù)測信息管理系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，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(jìn)行了具體分析。瓦斯預(yù)測；WebGIS；管理信息系統(tǒng)；ArcIMS中圖：TD76文獻(xiàn)標(biāo)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(zāi)害之一，精確科學(xué)地預(yù)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(yù)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(dá)礦井安全管理水平和先進(jìn)程度的重要標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)不全都，兼容性與可比性差，利用率低，造成了瓦斯區(qū)域預(yù)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(yùn)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(diǎn)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(jī)的GIS擴(kuò)展到整個因特網(wǎng)，使得地學(xué)數(shù)據(jù)和地學(xué)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(tuán)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(qiáng)、數(shù)據(jù)可普遍共享的瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)。1系統(tǒng)目標(biāo)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)是基于瓦斯地質(zhì)理論預(yù)測瓦斯的成果，著眼于運(yùn)用現(xiàn)代化手段提高工作效率和管理水平，對瓦斯預(yù)測進(jìn)行信息化管理，設(shè)定如下目標(biāo)：（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(diǎn)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(biāo)注、查詢、顯示模塊。利用實(shí)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(shí)測數(shù)據(jù)的輸入，比擬精確的預(yù)測出瓦斯突出危險區(qū)。按照系統(tǒng)目標(biāo)，設(shè)計出的瓦斯預(yù)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(fù)責(zé)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(yùn)行的穩(wěn)定性及可擴(kuò)展性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2基于WebGIS的瓦斯預(yù)測信息管理系統(tǒng)的設(shè)計本系統(tǒng)是基于nternet/Intranet標(biāo)準(zhǔn)，將地圖3.空間信息和屬性信息有機(jī)地結(jié)合起來的網(wǎng)絡(luò)化地理信息系統(tǒng)。圖1瓦斯預(yù)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(yù)測可視化系統(tǒng)以煤礦企業(yè)局域網(wǎng)作為運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)的用戶主要為煤礦領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)科室（如地質(zhì)科、通風(fēng)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(hù)、圖件打印輸出等業(yè)務(wù)?？紤]到系統(tǒng)的構(gòu)建、維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)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(diǎn)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(yùn)用支持標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(hù)；Web服務(wù)器采納MicrosoftIIS5.0，通過Asp程序與ArcIMS進(jìn)行交互；系統(tǒng)客戶端的運(yùn)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(jī)上安裝GIS軟件就可以在Internet上訪問遠(yuǎn)程的GIS數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，進(jìn)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(yù)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(biāo)、終孔坐標(biāo)、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(biāo)志層表分別存儲鉆孔測斜和鉆孔所揭露的標(biāo)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(diǎn)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(biāo)注等信息。瓦斯突出點(diǎn)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(diǎn)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(dá)空間數(shù)據(jù)。Ar-cView通過主題來組織視圖，主題又分為點(diǎn)、線、面三種類型。為此，在視圖設(shè)計中，將突出區(qū)域預(yù)測中觸及的空間實(shí)體抽象為點(diǎn)、線、面對象。（1）將開拓工程（主井、副井、矸石井、風(fēng)井）位置、鉆孔孔口位置、鉆孔見煤點(diǎn)位置、瓦斯突出點(diǎn)位置、煤層厚度數(shù)據(jù)點(diǎn)、構(gòu)造煤層厚度數(shù)據(jù)點(diǎn)、構(gòu)造煤層厚度百分比數(shù)據(jù)點(diǎn)、構(gòu)造冗雜系數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)、巖層段厚度數(shù)據(jù)點(diǎn)等作為點(diǎn)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(biāo)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(fēng)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(yùn)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(yù)測GIS站點(diǎn)是高度可調(diào)整的，答應(yīng)大量用戶并發(fā)的訪問站點(diǎn)，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(kuò)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(yù)測信息管理系統(tǒng)為例，詳細(xì)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(dāng)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(jìn)行懇求處理，如遇到地圖服務(wù)懇求，就將懇求進(jìn)一步提交給ArcIMS服務(wù)器，ArcIMS服務(wù)器接到懇求后，進(jìn)行相關(guān)的GIS運(yùn)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(yù)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(diǎn)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(diǎn)分的區(qū)域?yàn)橥怀鐾茀^(qū)；②瓦斯壓力>0.74MPa，同時構(gòu)造煤層厚度≥.9m的區(qū)域?yàn)橥怀鑫ｋU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(yù)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(diǎn)的構(gòu)造軟煤厚度值生成點(diǎn)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(yàn)測得的各個點(diǎn)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(yùn)算，進(jìn)而得到重疊區(qū)，即突出危險區(qū)。4結(jié)論瓦斯預(yù)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(yù)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(xué)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(xué)峰，胡成.基于WebGIS的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)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(xué)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(jī)工程與應(yīng)用，20XX（5）96-99.〔9〕ZHAOXian-jun.TheapplicationofWebGIStechnologyincoalmine〔J〕.Com