基于WebGIS的山西省礦區復墾管理信息系統的建立

郭彩霞，張 強，張建杰，郜春花，靳東升

（1.山西農業大學資源與環境學院，山西太谷030801；2.山西省農業科學院土壤肥料研究所，山西太原030012）

礦區地理信息系統（Mine Geographic Information System，簡稱MGIS）是在計算機軟、硬件支持下，以地理科學、信息科學、測繪科學、礦業科學等為基礎，對礦區有關地理信息數據進行采集、存儲、分析，并實現礦區的規劃、生產、抗災、環保和管理的定量化、定位化、科學化，以構建信息的快速查詢、分析、決策服務的技術與應用系統為目標[1]。

本研究以山西省為研究對象，結合山西省工礦區土地復墾與生態重建技術研究工作，以地理信息系統和數據庫技術為基礎，構建了山西省煤礦資源數據庫和動態更新、礦區生態適宜性評價與決策集成的工礦區復墾管理信息系統。該系統的建立對于山西省煤礦資源高效管理、政府決策有著重要的實踐意義。

1 研究區概況

山西省位于中國北部黃土高原上，地處黃河流域中段，南起北緯34°34′，北至北緯40°44′，東起東經114°32′，西至東經110°15′，北接內蒙古，南界河南，西隔黃河與陜西相望，東以太行與河北為鄰。全省國土面積15.6萬km2，轄11個地級市，119個縣（市、區）。山西之長在于煤，山西之短在于水。山西省總的自然特征是山多川少、煤多水少，十年九旱，水土流失嚴重[2]。

山西省是煤炭大省，自北向南分布有大同、寧武、西山、河東、沁水、霍西六大煤田（含38個勘探礦區）和渾源、繁峙、五臺、垣曲、平陸5個煤產地，山西省煤炭資源總量占全國煤炭資源總量55 731.60億t的11.8%，保有查明的煤炭資源儲量占全國保有查明資源儲量10 211.86億t的26%，居全國之首。

山西省石炭—二疊系及侏羅系含煤面積5.9×104km2，占全省國土面積近40%。全省119個縣（市、區）中有94個賦存煤炭資源，其中有煤礦開采的85個，占90%[3]。

2 系統分析

2.1 系統目標

引進WebGIS（網絡地理信息系統）技術、數據庫技術和基于面向對象的程序開發技術，改變長期以來礦區信息資料存儲、管理和分析等傳統的方式，采用現代技術手段提高數據管理、分析的效率和可視化程度，為政府部門管理數據和決策提供強有力的依據；通過復墾類型決策模型以及面向公眾的礦區復墾管理信息和發布系統，使礦區復墾真正服務于全社會。

系統可以實現基礎數據庫管理、查詢和動態更新，基于礦區的復墾模式決策、專題圖件和決策報表的打印輸出，宏觀上指導省域內的煤礦、煤炭資源管理和復墾模式的確定（圖1）。

圖1 系統主界面

2.2 系統設計原則

系統設計要遵循以下4個原則。

（1）規范化原則。系統的標準化對于數據共享、系統移植改造和系統開發小組分工、協作具有重要意義。本系統開發過程中，制定了山西省土壤分類標準，建立了山西省煤礦資源標準數據庫，并結合地形地貌、氣象數據、土壤類型和植被類型等確定了山西省六大復墾類型。（2）科學性原則。復墾類型的確定是建立在連續3年實地調查的基礎上，確保了相關模型決策結果的科學性。（3）實用性原則。系統用戶是政府決策部門和社會大眾，因此，必須確保系統結構、功能、可視化界面和操作習慣來滿足用戶的需求。（4）擴展性原則。系統在數據庫標準、模型結構和模型參數的設計上為系統的數據庫和功能庫保留了擴展的空間。

2.3 系統結構

系統采用B／S結構，實現大眾化信息服務和輔助決策功能（圖2）。

圖2 系統總體結構

2.4 開發和運行環境

2.4.1 系統開發環境 系統開發硬件環境：高檔微機，內存1 Gb以上，CPU 1.7 GHz以上，硬盤存儲空間30 G以上，可選工程繪圖儀、掃描儀等輸入輸出設備。

系統開發軟件環境：Windows XP／Server 2003 Enterprise，Internet Information Server（IIS）6.0，Microsoft.net framework 2.0及 SDK 開發組件，Web發布平臺采用Supermap IS.net 2008企業版和Supermap Objects 2008運行版，開發平臺采用Microsoft Visual C#。

2.4.2 系統運行環境 Internet客戶端運行環境：普及型PC機，Internet Explore7.0及以上。

不良反應以Ⅰ、Ⅱ級為主，包括惡心嘔吐、腹瀉、肝功能異常、骨髓抑制、潰瘍，除6例減量為200 mg外均未影響正常治療，見表1。

Internet服務器端運行環境：中高檔服務器，Windows Server 2003 Enterprise,Microsoft.net framework 2.0，3.5，Supermap IS.net 2008 企業版和Supermap Objects2008。

3 系統設計

3.1 系統功能

該系統和決策系統是基于組件技術的應用型系統。應用型地理信息系統是指在一定的地理信息系統開發平臺的基礎上，經過二次開發得到的適用于一定應用目的的系統，它可直接應用GIS平臺的空間數據編輯、分析和管理功能，通過GIS圖形信息瀏覽使用戶操作更加簡單方便。本系統通過C＃編程環境，可實現Supermap IS.net地理信息開發平臺與專業模型的集成（圖3）。

3.2 數據庫設計

數據庫設計充分參考了“土地利用數據庫標準”、“金土工程”、“農用地分等定級”技術規程，并結合山西省實際情況進行適當擴展，從而確保數據庫的標準化和模型庫、方法庫與數據庫的相對獨立性。

3.2.1 空間數據庫 初始空間數據包括第二次土壤普查系列專題圖件，通過掃描儀將紙質地圖轉換為柵格圖像后，經過矢量化和拓撲處理生成，包括山西省行政區劃圖、山西省土壤類型圖、煤礦點位分布圖、煤類分布圖、山西省土地利用現狀圖和山西省氣候類型分布圖。使用的柵格數據主要是山西省DEM數字高程模型，可用來提取地形、地貌特征和計算坡度。

3.2.2 屬性數據庫 它與地理要素相關，主要是煤礦點位信息數據，包括煤礦信息的年產量、開采方式、煤層厚度、開采年限等。

3.3 程序模塊化設計

在標準化數據庫和模型參數數據庫的基礎上，采用組件化模型庫設計方法，在規定的接口標準條件下，實現模型的動態更新以及模型與數據庫系統的相對獨立性。

3.3.1 圖形操作模塊 可實現對地圖數據的基本操作：包括地圖的放大、縮小和漫游；并可根據圖形查詢屬性，根據屬性查圖形，根據坐標查詢圖形、屬性等查詢功能；對地圖對象的空間量算（距離量算、面積測算）功能。

3.3.2 數據管理模塊 此功能包括對空間數據和屬性數據的動態維護和更新；對用戶權限進行分配和管理。

3.3.3 評價模塊 對煤礦的生產潛力進行評價和對礦區的生態適宜性進行評價。根據煤礦的點位數據，實現數據入庫、動態變化分析等功能，用戶就可根據圖形或者煤礦名稱選擇煤礦信息，系統根據涉及到的評價因素，進行加權綜合，生成綜合評價結果。

3.3.4 復墾模式決策模塊 該模塊綜合氣溫、降水、地形、地貌、煤炭開采方式對所在礦區進行復墾模式的最優選擇。

3.4 Web服務

Web服務主要面向政府和社會大眾，提供基于WebGIS的煤礦信息查詢、生態適宜性評價、復墾模式決策等信息。所有模型庫均構建為Web Services，實現分布式部署，便于模型的改進和維護。復墾模式所需信息可通過WebGIS查詢獲取，也可以讓用戶動態輸入。

4 效果評價

GIS具有強大的空間數據和屬性數據處理分析功能，可以對數據進行全方位的管理和分析。本研究利用組件化編程技術將復墾模式管理模型與Supermap IS.net相結合，充分發揮了Supermap IS.net地理信息處理能力和Web發布功能，實現了面向大眾用戶的煤礦資源信息查詢服務和分布式的復墾模式決策機制。系統采用結構化和模型化的設計方法，在一定程度上克服了以往管理信息系統可拓展性差的缺點；且系統所有模型均構建為與數據庫相獨立的組件，便于系統的移植；所有的決策基于動態更新的空間和屬性數據庫，確保系統的實效性。把WebGIS和Web Services技術應用于具有空間動態性特點的煤礦資源信息管理，也是一種積極的探索。

該系統在山西省典型礦區的應用表明，系統符合現代化礦區復墾管理信息系統發展的要求，運行穩定可靠，效率和實效性高，能高效地管理省域煤礦信息資源，并在基于空間信息的礦區復墾管理決策方面有較好的指導性。

5 結論

系統集成了GIS、數據庫和網絡等技術，實現了對山西省煤礦、煤炭資源信息的管理、查詢、分析、評價，確定了不同類型煤礦的復墾模式，并實現了網絡共享。它具有數據通用性強、界面友好、操作簡便、運行穩定，可以滿足不同層次用戶的要求，便于在生產中推廣應用；且系統所有模型實現了結構化，模型參數全部動態控制，便于模型的修正。

［1］ 周延剛，郭達志.礦區地理信息系統數據采集的若干問題[J].四川測繪，1999，22（2）：73-76.

［2］ 靳東升，張強，聶督.山西省工礦區土地破壞調查研究[J].山西農業科學，2008，36（11）：18-22.

［3］ 靳東升，張強.山西省采煤區土地復墾區劃研究[J].山西農業科學，2009，37（6）：54-58.

［4］ 常毅軍，崔君鳴，桂學智.山西煤炭資源及其開發戰略評價[M].北京：煤炭工業出版社，2007.