基于SuperMap馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)研究

張旭慶

(山西焦煤 西山煤電集團(tuán)公司，山西　太原　030053)

·專題綜述·

基于SuperMap馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)研究

張旭慶

(山西焦煤 西山煤電集團(tuán)公司，山西太原030053)

摘要礦井水害是煤礦生產(chǎn)的主要安全隱患之一，建立相關(guān)的分析預(yù)報系統(tǒng)對于煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。隨著馬蘭礦開采的不斷深入，礦井發(fā)生奧灰水突水災(zāi)害越來越嚴(yán)重。基于SuperMap GIS軟件，根據(jù)4項設(shè)計原則，設(shè)計馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)，并介紹了該系統(tǒng)的功能及特點，其應(yīng)用為礦井水害分析、預(yù)測和防治起到重要的作用。

關(guān)鍵詞SuperMap GIS軟件；水文地質(zhì)；二次開發(fā)；數(shù)據(jù)流

礦井水害是煤礦生產(chǎn)的主要安全隱患之一，時刻貫穿于煤礦生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)，建立相關(guān)的分析預(yù)報系統(tǒng)對于煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。山西西山煤電股份公司馬蘭礦隨著開采的不斷深入，由于采動破壞和動壓的影響，礦井局部斷層及陷落柱的導(dǎo)水可能性越來越大，尤其是落差較大的斷層和冒落至8#煤附近的松散陷落柱大大減小了奧灰與煤層底板的間距，局部突水系數(shù)增大，礦井發(fā)生奧灰水突水災(zāi)害越來越嚴(yán)重。馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的研究應(yīng)用將為礦井水害分析、防治起到重要的作用，如在工作面開采快到富含水地區(qū)或水害隱患區(qū)提前發(fā)出警告，可為回采工作面的正常安全開采起到較好的保障作用。

GIS技術(shù)發(fā)展到今天，已進(jìn)入到輔助決策支持和智能化的專家系統(tǒng)階段，技術(shù)上已經(jīng)趨于完備，再加上現(xiàn)代計算機技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及在許多領(lǐng)域的成功應(yīng)用，實現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)水文地質(zhì)信息系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的。

1系統(tǒng)設(shè)計原則

馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)設(shè)計主要滿足以下4個原則：

1) 需求原則。所有的系統(tǒng)設(shè)計都要以滿足用戶需求為第一原則。礦井水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的設(shè)計首先要滿足一線技術(shù)人員的需求。要全面調(diào)查、分析廣大技術(shù)人員對系統(tǒng)的要求和期望，才能夠有針對性地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。

2) 簡單性原則。由于礦井基層技術(shù)人員素質(zhì)參差不齊以及當(dāng)前信息系統(tǒng)普遍面向的大眾化情況，一般系統(tǒng)設(shè)計時，在能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定任務(wù)的情況下，盡可能的保持簡單原則，以方便基層廣大技術(shù)人員的使用。在數(shù)據(jù)的錄入和處理過程中盡量減少環(huán)節(jié)與步驟，并且輸入、輸出形式容易掌握，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求清晰、合理，避免一切不必要的復(fù)雜化。

3) 可擴充性原則。應(yīng)該考慮隨著系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及GIS技術(shù)的發(fā)展，基層技術(shù)人員的需求可能在不斷的擴展和變化，并且要求不斷地更新，因此，應(yīng)該考慮在數(shù)據(jù)編碼和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上留有擴充的余地。

4) 規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性原則。水文地質(zhì)信息系統(tǒng)作為馬蘭礦水文地質(zhì)規(guī)劃管理的一個重要依據(jù)，從設(shè)計開始就應(yīng)該重視系統(tǒng)的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)范和管理規(guī)范，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類和定義統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1　系統(tǒng)支持軟件

SuperMap Objects 5.0作為GIS的專業(yè)化軟件，是GIS應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)者的新一代組件式GIS開發(fā)平臺，可以方便地嵌入到流行的可視化高級開發(fā)語言環(huán)境中進(jìn)行二次開發(fā)。SuperMap Objects 5的數(shù)據(jù)模型同時提供了GIS和CAD兩種類型，充分發(fā)揮了各自的特點和優(yōu)勢。同時，SuperMap Objects 5還吸收了編輯智能捕捉等CAD技術(shù)，增強了SuperMap Objects 5在CAD數(shù)據(jù)編輯方面的功能，使之可與CAD軟件相媲美。因此，在該系統(tǒng)開發(fā)中采用SupreMap公司的SuperMapObjects 5.0作為系統(tǒng)開發(fā)平臺。

2.2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)把圖形、屬性結(jié)合在一

起，在可視環(huán)境下解決與煤礦水文地質(zhì)信息有關(guān)的信息查詢、空間規(guī)劃、信息管理等實際問題，便于礦井技術(shù)主管以及基層工程技術(shù)人員查詢、檢索所需信息，更為各級領(lǐng)導(dǎo)對煤礦地下開采進(jìn)行可視化的管理、分析與決策帶來了方便。初步設(shè)計系統(tǒng)邏輯數(shù)據(jù)流見圖1～5.

1) 頂層數(shù)據(jù)流圖。

圖2　一層數(shù)據(jù)流圖

圖1系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流圖

2) 一層數(shù)據(jù)流圖。

內(nèi)容設(shè)置參考模型中代數(shù)思維知識主題出現(xiàn)的邏輯順序為：“未知數(shù)、變量的使用”（一年級）→“代數(shù)式的運算”（六年級）→“代數(shù)式概念”（七年級）→“代數(shù)式的證明”（十一年級）．而中國代數(shù)思維知識主題出現(xiàn)的邏輯順序為：“未知數(shù)、變量的使用”（第二學(xué)段）→“代數(shù)式概念”“代數(shù)式的運算”“代數(shù)式的證明”（第三學(xué)段）．

3) 二層數(shù)據(jù)流圖(以線路為例)。

圖3　巷道分布地圖的修改數(shù)據(jù)流圖

4) 三層數(shù)據(jù)流圖。

3系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

系統(tǒng)界面采用標(biāo)準(zhǔn)的Windows程序界面和菜單，熟悉Windows基本操作的用戶無需培訓(xùn)即可使用。系統(tǒng)力求使用戶能夠操作方便，實現(xiàn)操作的可行性。

3.1　電子地圖功能

圖4　巷道分布空間及屬性信息的修改圖

圖5　巷道分布空間及屬性信息的查詢圖

程序設(shè)計中有采區(qū)水文地質(zhì)平面圖借助AutoDAD進(jìn)行矢量化，然后轉(zhuǎn)換成SuperMap中的SDD、SDB格式文件，最后在VisualBasic程序中通過SuperMap控件加以調(diào)用和操作。在該模塊中實現(xiàn)了電子地圖的顯示、縮放、平移、全圖顯示、圖層控制以及景點的選擇、查詢、顯示等功能。這些功能的實現(xiàn)直接調(diào)用SuperMap的相關(guān)屬性與函數(shù)，方便且宜操作。

3.2　數(shù)據(jù)查詢

在“水文地質(zhì)信息系統(tǒng)”中的查詢有兩種：第一種是根據(jù)圖形數(shù)據(jù)查詢屬性數(shù)據(jù)，第二種是根據(jù)屬性數(shù)據(jù)查詢圖形數(shù)據(jù)。用戶點取任一圖形對象時，可查詢到該對象的屬性信息。用戶輸入一個屬性表達(dá)式時，相應(yīng)的圖形則以高亮的方式顯示出來。

3.3　數(shù)據(jù)編輯

系統(tǒng)允許用戶對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，編輯包括空間信息的修改和屬性信息的修改。空間信息的修改具體包括：面、線、點的增加與刪除；屬性信息的修改包括：各種地物、路線屬性數(shù)據(jù)的修改。

3.4　數(shù)據(jù)輸出

數(shù)據(jù)輸出功能主要用于輸出用戶所需的地圖文件和各種格式的數(shù)據(jù)文件。地圖文件包括各種巷道的平面圖、各類專題圖等，數(shù)據(jù)文件包括各種類型的屬性信息等。

3.5　量算功能

3.6　空間分析功能

該系統(tǒng)可以對圖形進(jìn)行基本的疊加分析和緩沖區(qū)分析。疊加分析功能可以對不同的圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪、相交、切割、同一、合并功能并生成新的疊加土層；緩沖區(qū)分析功能可以實現(xiàn)某一區(qū)域的影響范圍。

4系統(tǒng)技術(shù)特點

4.1　多種源數(shù)據(jù)的無縫集成二次開發(fā)技術(shù)

該系統(tǒng)使用的SuperMap Objects編程設(shè)計環(huán)境，不依賴于任何一種開發(fā)語言，可以隨意嵌入不同的開發(fā)環(huán)境(如:VisualBasic、Delphi、visualC++)中進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)GIS功能，專業(yè)模型則可以使用這些通用開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)，也可以插入其它的專業(yè)性模型分析控件。因此，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效、無縫的系統(tǒng)集成，并且系統(tǒng)所具有的開發(fā)平臺可以進(jìn)一步進(jìn)行功能擴展，為以后系統(tǒng)進(jìn)一步完善和適應(yīng)實際工作的需要作了技術(shù)功能儲備(圖6).

圖6　SuperMap Objects與應(yīng)用程序間的無縫集成圖

4.2　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的快速訪問與數(shù)據(jù)提取技術(shù)

該系統(tǒng)建立了空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，并通過邏輯關(guān)系進(jìn)行了有效綁定。空間數(shù)據(jù)庫不僅存儲與實體緊密相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)(如各種地下設(shè)施的坐標(biāo))，而且還要存儲圖形數(shù)據(jù)，即各種實體的圖形表示。該系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫具有圖形管理功能，可以方便修改、編輯對象。因此，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫一方面實現(xiàn)了地圖的圖形管理，簡化了實現(xiàn)難度，另一方面也提高了數(shù)據(jù)訪問的速度。空間數(shù)據(jù)中的空間實體主要包括點、線、面3種類型以及3種類型的復(fù)合數(shù)據(jù)集。該系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)由于非常繁復(fù)，所以全部采用了復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集。復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既可以存儲點數(shù)據(jù)集，也可以同時存儲線數(shù)據(jù)集和面數(shù)據(jù)集，方便了數(shù)據(jù)的管理。

4.3　自動輸出專題地圖技術(shù)

系統(tǒng)能夠自動輸出專題地圖，支持單值、范圍、等級、點密度、統(tǒng)計、標(biāo)簽、自定義等7種類型的專題圖，為決策者和管理者分析管理煤礦地下的水文地質(zhì)提供了必要的幫助。

5結(jié)論與展望

基于SuperMap的馬蘭礦水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的開發(fā)，對今后數(shù)字礦山的發(fā)展有較好的示范意義。礦井水文地質(zhì)圖件和資料的實時更新不再依賴繁重復(fù)雜的人工描繪和大型嗮圖機不間斷運轉(zhuǎn)，節(jié)約了人工和設(shè)備成本，尤其是在當(dāng)前企業(yè)普遍面臨嚴(yán)峻經(jīng)濟形勢的今天，礦井水文地質(zhì)工作實現(xiàn)信息化、動態(tài)化、自動化和環(huán)保化更具有現(xiàn)實意義。

展望未來，該系統(tǒng)所用地圖可以朝著三維化的方向發(fā)展，不僅僅局限在平面位置的查詢和統(tǒng)計上。地圖三維化可以更直觀地反映工程實體的地理位置，使用戶可以更細(xì)致、更準(zhǔn)確地觀察。另外，該系統(tǒng)功能可以進(jìn)一步擴展，不僅能反映煤礦采區(qū)的水文地質(zhì)，還可以監(jiān)測瓦斯突出、頂板來壓等地下開采中的突發(fā)狀況，建立實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，為煤礦安全生產(chǎn)與科學(xué)決策以及及時搶險提供必要的幫助。

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Research on Hydrogeological Information System of Malan Coal Mine Based on SuperMap Object

ZHANG Xuqing

AbstractMine water disaster is one of the major hazards in coal mine safety production. How to establish the related analyzing and forecasting system has very important significance for the coal mine safety production. With the continuous development of Malan coal mine, the Ordovician limestone water inrush disaster in the coal mine has become more and more serious. Based on the SuperMap GIS software, according to four design principles design Malan coal mine hydrogeological information system, and introduces functions and characteristics of the system. Its application plays an important role for mine water disaster analysis, prediction and prevention.

Key wordsSuperMap GIS software; Hydrological geology; Secondary development; Data source

中圖分類號：TD163

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)12-0052-04

作者簡介：張旭慶(1982—)，男，山西長治人，2006年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，工程碩士研究生，工程師，主要從事礦井水文地質(zhì)勘探和預(yù)測預(yù)報工作(E-mail)zaichen0516@126.com

收稿日期：2015-11-03