地理礦情時空信息管理平臺的構建及應用

武永斌，李鴻宇，曹宏文，邵改革

(1. 河南理工大學礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作 454003；2. 河南省遙感測繪院，河南 鄭州450003)

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地理礦情時空信息管理平臺的構建及應用

武永斌1,2，李鴻宇1，曹宏文2，邵改革1

(1. 河南理工大學礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作 454003；2. 河南省遙感測繪院，河南 鄭州450003)

為了更加全面、有效地掌握礦區或礦業城市與資源開發利用密切相關的自然、人文地理要素的空間分布特征、動態演化規律等一系列地理礦情信息，根據地理礦情監測的內容和需求，通過對目前礦區專題要素的分析，提出了一種建設地理礦情專題要素本地庫的方法，并結合空間數據庫和面向服務的GIS技術構建了地理礦情時空信息管理平臺，為加快礦山信息化建設和開展地理礦情監測奠定了基礎。

地理礦情；時空信息；要素；本底庫

煤炭資源是我國經濟社會發展的重要物質基礎，遙感影像、基礎測繪數據、礦情普查資料等是礦區空間信息的載體，“本底”是指一個地域最基本的狀況。構建地理礦情監測要素本底數據庫，可將多分辨率、多源的影像數據及各類普查、監測專題要素進行有效的組織和管理，并且能夠與其他應用專題系統集成，為科學合理地開發與管理礦產資源、礦區可持續發展提供有力的技術支撐，提高礦區空間規劃與決策水平。本文將深入分析地理礦情的內涵，歸納、總結適合我國特點的地理礦情監測的指標體系和技術方法，提出適合我國煤炭資源開采利用實際情況的地理礦情監測的基本內容、分類指標體系，設計并構建地理礦情專題要素本底庫及時空信息管理平臺[1-3]。

一、系統總體設計

圍繞監測地理礦情、服務煤炭經濟發展、保護礦區生態環境、支持礦區及礦業城市規劃輔助決策這一總目標，開展以地理國情普查數據為基礎的礦情監測研究，結合政府、行業和公眾需求，研究確立以煤礦區瓦斯管道、通風機房、瓦斯抽放站、尾礦庫、煤倉、塌陷坑與沉陷盆地、地質災害點、景觀格局變化等作為地理礦情專題要素監測內容[4]，并據此制定相應的地理礦情監測技術指標體系[5]。

1. 地理礦情本底庫建設內容

地理礦情監測信息管理需要的數據資料如下：①基礎地理信息數據(行政區劃、道路、居民地等要素)，由公務服務平臺提供瓦片服務及WMS服務供其調用，作為系統的背景底圖；②采礦、地質等專題資料，包括地理礦情及災害隱患處的地質地貌、地形條件等；③包括大車道、小路在內的區域精細道路網等道路信息，從1∶1000地形圖上提取；④災害相關信息，包括隱患點和災害點的地理位置、名稱、損失、地質環境及防災減災信息；⑤避災場所，包括學校、運動場館、廣場等，從1∶1000地形圖上提取；⑥其他專題統計資料，如災害現場調查的文字記錄及資料照片等。

(1) 專題數據庫

利用Oracle和ArcSDE建立地質災害信息管理系統的服務器端核心數據庫，管理地理礦情監測要素的空間信息和屬性信息(包括地理位置、潛在危害、地質條件等數據)，專題要素本底庫內容如圖1所示。系統將空間數據和屬性數據存儲在Oracle數據庫的SDE表空間，并確定各要素類的幾何表示類型(點、線、面、柵格)。專題要素信息包括隱患點、災害點、疏散路線及避災場所等數據，每個要素有標識碼、形狀、數據類型及災害相關屬性信息。如以隱患點(包括地理位置、潛在威脅和應急措施等信息)編號作為唯一標識碼，與疏散路線、避災場所等進行關聯，災害點編碼(包括地理位置、災害狀況、損失情況和災害調查等信息)與各災害子表(滑坡、泥石流、崩塌、地裂縫、采空區、塌陷)進行關聯。在配置地圖文檔時，將屬性信息表與矢量數據進行關聯，然后根據地理數據的路徑和定義的繪制模式，實現地圖服務的發布。

(2) 空間數據管理

空間數據庫采用ArcSDEforOracle存儲和管理空間數據。導入數據時，創建ArcSDE和Oracle的連接，將存儲于PersonalGeodatabase中的質災害點、隱患點、避災路線、避災場所的4個圖層，通過ArcCatalog逐個或批量導入Oracle數據庫。

(3) 單體災害屬性表

每一種災害都有其自身屬性，通過對已發生的各類地質災害進行分析統計，設計滑坡、泥石流、崩塌、塌陷、采空區及地裂縫等信息表。

圖1　地理礦情專題要素本底庫構架

2. 地理礦情監測內容分類方法

地理礦情監測對于目標地物的提取采用面向對象和最大似然監督分類方法相結合的方式[6]。面向對象的分類方法是一種智能化的影像分析方法，基于影像空間和波譜兩方面信息的提取，處理的對象不再是單個像素，而是影像對象或片斷。目標對象比單個像素更具有實際意義，其特征的定義和分類均是基于目標進行。該方法不僅利用了高分辨率影像的光譜特征，而且能有效利用其幾何特征和結構信息。地理礦情監測以1∶50 000基礎地理信息為底圖數據，采用最大似然監督分類方法對水體、城鎮、道路、森林、灌草地、農用地等進行分層提取。最大似然監督分類法模型如下：

設樣本集X={x1,x2,…，xn}，將被分成N類，則某一樣本xj屬于某一類別的ωi概率為

(1)

3. 系統總體架構

系統采用Oracle和ArcSDE空間數據庫引擎對數據進行管理和存儲，以及地理礦情本底數據庫的功能設計、系統結構設計和數據存儲表設計，構建地理礦情本底數據庫系統，并根據需求采用C/S結構和B/S結構相結合的復合型應用模式。系統總體框架如圖2所示。

圖2　系統總體架構

(1) 數據層

按照統一標準對礦區空間和屬性數據進行管理，以專題數據、地質采礦環境條件、影像資料、更新數據信息等為核心，提供業務運行所需的專題數據，并通過調用基礎地理信息公告平臺獲得底圖背景數據。

(2) 業務層

業務層包括數據入庫管理、分析挖掘、更新及網絡化共享等內容，以Microsoft.NET框架作為基礎技術平臺，以ArcGIS作為通用的業務GIS平臺。服務器端利用ArcGISServer構建各類地圖與專題圖相關服務；以ArcGISEngine二次開發的終端作為客戶端，實現礦情監測信息的更新和維護；瀏覽器端利用ArcGISAPIforFlex開發庫調用地圖相關服務，實現信息的瀏覽、查詢和分析統計。

(3) 應用層

通過C/S模式的數據庫管理子系統實現。局域網用戶(決策部門)可通過B/S模式下的網絡發布子系統對監測要素進行瀏覽、查詢、災害預警及應急救援分析和統計等。

二、地理礦情時空信息管理系統與應用

本文構建的鶴壁礦區地理礦情時空信息管理平臺是一個開放的資源共享和應用集成的公用服務平臺，既可以瀏覽整個礦區資源的分布，也可為礦區不同部門開發的應用系統提供數據共享和交換服務，并可在此基礎上快速開發其他應用服務系統，是地理礦情監測的重要支撐[7-11]。

該平臺針對不同應用需求，設計了數據發布與共享、用戶二次開發及運維管理共3個應用層次，具有在線新聞中心、電子地圖、礦區資源、應用指南、開發中心、共享交換等功能模塊，為實現礦區地理空間數據共享、行業應用系統開發、平臺一體化管理的區域地理空間框架的搭建提供了完整的解決方案。系統主界面如圖3所示。

圖3　平臺主界面

1. 關鍵技術

(1) 基于服務式GIS的軟件體系

系統基于服務式GIS(ServiceGIS)采用面向服務的軟件工程方法，把GIS的全部功能封裝為Web服務，從而實現了被多客戶端跨平臺、跨網絡、跨語言進行調用，并具備了服務聚合能力，集成其他服務器發布的GIS服務。在細粒度組件式GIS基礎上，封裝粒度適中的全功能GIS服務群，構成ServiceGIS的服務器，向客戶端發布數據管理、二維可視化、地圖在線編輯和各類空間分析與處理等全功能GIS服務。

(2) 空間數據管理

空間數據管理通過空間數據庫實現。系統采用ArcSDE模式利用空間索引機制提高查詢速度，實現多用戶同時操縱同一類型數據，以及空間數據和屬性數據的無縫集成。ArcSDE分開存儲地理空間數據，如基礎地理信息數據存儲在政府部門，地理礦情監測要素數據存儲在國土部門。用戶通過ArcSDE可在Oracle、MicrosoftSQLServer和DB2中存取SDE圖層，在網絡支持下實現全礦區的GIS數據庫共享、海量數據的組織和管理，以及多用戶條件下的并發訪問[12]。

2. 平臺主要功能模塊

(1) 電子地圖功能

主要包括多尺度DLG、DOM及多個礦區的礦產資源分布圖等。DLG和DOM通過調用數字地理信息公共平臺上發布的地圖服務功能實現，礦區資源分布圖則利用全國第一次地理國情普查結果和礦區現有圖件資料制作。

(2) 礦區資源管理模塊

平臺設計了礦區服務資源模塊，主要包括網絡服務和成果數據兩類信息。將各種服務或數據進行分類和統計，方便用戶進行資源瀏覽、查詢使用，同時可為用戶提供資源訂閱、資源申請等功能。

(3) 二次開發模塊

針對二次開發用戶，系統提供不同開發軟件的底層類參考、開發示例和開發包下載等功能。底層類參考：用戶通過底層類參考了解不同軟件提供的類和接口，包括類的所有屬性、方法及屬性和方法的詳細描述；開發示例：提供常用的二次開發功能的一些基本示例供用戶參考；開發包下載：為用戶提供JavaScriptAPI和FlexAPI等開發示例的下載資源，用戶點擊鏈接即可下載所需的文件。

(4) 共享交換模塊

共享交換模塊是用戶參與系統建設、擴大系統數據容量的有效手段，可調用經過管理員審核的其他用戶發布的資源信息。此外，用戶還可上傳本部門的資源信息，經過管理員審核后供其他部門瀏覽與使用，實現信息共享。

三、結束語

本文開展以地理國情普查數據為基礎的礦情監測研究，確立了以煤礦區瓦斯管道、通風機房、瓦斯抽放站、尾礦庫、煤倉、塌陷坑與沉陷盆地、地質災害點、景觀格局變化等作為地理礦情專題要素監測內容，提出了建設地理礦情專題要素本地庫的方法，并結合空間數據庫和面向服務的GIS技術構建了地理礦情時空信息管理平臺，為加快煤礦區信息化建設和開展地理礦情監測奠定了基礎。

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Construction and Application for Space-Time Information Management SystemofGeographicalConditionsforMining

WU Yongbin,LI Hongyu,CAO Hongwen,SHAO Gaige

2016-01-25

河南省高校創新團隊支持計劃(14IRTSTHN026)；河南理工大學2013年度博士基金(B2013-018)；河南省創新型科技創新團隊支持計劃

武永斌(1974—)，男，高級工程師，研究方向為攝影測量與遙感。E-mail：wyb3808@126.com

李鴻宇

P208

B

0494-0911(2016)08-0104-03

引文格式：武永斌，李鴻宇，曹宏文，等.地理礦情時空信息管理平臺的構建及應用[J].測繪通報，2016(8)：104-106.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0268.