采煤沉陷區地質環境信息平臺研究

肖興平

（1.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心, 河北 保定071051）

采煤沉陷區地質環境信息平臺研究

肖興平1

（1.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心, 河北 保定071051）

在分析采煤沉陷區地質環境調查數據類型和功能需求的基礎上，建設基于GIS的綜合業務數據信息平臺，實現高效、無縫、多源、多尺度、多相時空的地質調查空間數據及相關資料的集中有效管理和應用，實現多專題圖數據多級縮放。表明信息技術可以有力支撐采煤沉陷區環境地質調查評價工作，為政府決策提供依據，為社會公眾提供共享服務。

采煤沉陷區；地質環境；GIS；信息平臺

采煤沉陷給人類的生存環境造成一系列消極影響，特別是破壞了大量耕地[1]。當前，煤炭開采利用與環境保護嚴重失衡[2]，是我國礦區面臨的一個亟待解決的難題，而采煤沉陷區地質環境調查評價是改善我國當前煤炭開采利用與環境保護嚴重失衡的重要措施[3]。

為了實現對各個煤礦區的沉陷情況進行全面摸底，必須開展專業的地質環境調查工作，查明采煤沉陷區基礎工程地質條件，調查巖性、地質構造、煤層分布、頂板及以上的地層結構等，調查地面塌陷變形歷史、變形強度、變形速率等，查明塌陷區的范圍，塌陷量、沉陷趨勢，編制采礦地面塌陷易發性、危險性、風險性等系列圖件。這會產生大量的調查數據和專題圖數據，應用GIS技術中強大的輸入輸出功能、檢索功能、分析功能等可以實現對沉陷區信息的分析和管理[5]。因此，建立一個基于GIS的采煤沉陷區環境地質信息平臺，對調查結果、專題圖等各類數據進行集中管理和存儲，是實施采煤沉陷區環境地質調查工作必要的一項配套措施[6]。

1 平臺建設路線

1）收集采煤沉陷區的相關數據資料，按照基礎調查數據、空間數據、項目文檔信息進行數據分級分類，理清數據規范。

2）分別開展數據庫結構設計、平臺架構設計，并根據軟件開發的標準作業形成相關的軟件設計文檔。

3）在軟件設計文檔的基礎上，開發采煤沉陷區環境地質調查信息平臺，分別實現平臺的數據管理功能和數據服務功能。

4）為用戶搭建平臺運行環境，正式部署平臺的運行程序，為指定用戶提供采煤沉陷區環境地質調查信息服務。

圖1 平臺建設路線

本平臺采用信息化手段，使得各終端用戶可以按需、易擴展的方式獲得所需服務；利用數據倉庫技術，將分散的數據進行抽取加工，為高級查詢和應用分析提供數據支撐。基于跨平臺技術，保證系統支持異構操作系統、移動終端等,采用Microsoft Visual Studio 2010作為開發環境，使用C#作為開發語言，采用大型關系數據庫（SQL Server 2008）作為數據管理平臺，采用ArcGIS空間數據引擎管理空間數據，設計工具采用Powerdesigner，實現數據庫物理模型。

平臺實現的關鍵技術為基于ArcGIS Engine 組件的嵌入式GIS開發，其基本思想是把GIS 的各大功能模塊劃分為多個組件，各個GIS 組件之間以及GIS 組件與其他非GIS 組件之間可以方便地通過可視化的軟件開發工具集成起來，形成最終的GIS 應用系統[7]。

2 平臺功能

采煤沉陷區地質環境信息平臺，實現調查數據、空間數據和文檔資料的集中管理和展示；實現多專題數據多級縮放，實現強大的數據綜合查詢統計分析功能，方便快捷靈活的地理信息圖形和屬性數據的交互查詢，各種統計報表的自動生成以及多種專題圖展示，地理信息的空間分析和相關統計分析等功能，亦可控制數據的瀏覽，疊加顯示各類數據，提供多種展示方式。

支撐數據入庫與更新，實現各類調查數據的匯總入庫、數據維護、數據格式轉換；實現空間數據上傳發布、多專題展示，以及方便快捷靈活的地理信息圖形和屬性數據的交互查詢。

2.1 業務信息瀏覽。

業務信息瀏覽包括地質資料屬性數據瀏覽和地質資料圖形數據瀏覽兩部分。平臺實現多專題圖無級縮放功能，在空間數據展示縮放過程中，平臺通過參數設定，自動加載當前縮放比例下適合比例尺的專題圖數據。

用戶可以通過平臺瀏覽屬性信息，包括調查數據、資料目錄、附表、附圖等。根據不同的權限，用戶瀏覽的信息也有所不同。對于需要瀏覽的信息，可以查看分類目錄，方便使用者在大量的數據中查找需要的內容。

平臺提供了空間圖形的查看功能，實現基于GIS的信息服務功能，可以對地圖進行放大、縮小等基本操作。系統以矩形中心點為目標點，屏幕與該矩形的長度比或寬度比作為縮放比率，對地圖進行固定的放大縮小操作及對鼠標的拖拽，實現對系統地圖的漫游。

信息瀏覽的重點功能主要分為以下3類：

1）圖屬一體化展示。圖屬一體化展示是將卡片數據標注到底圖上形成圖元，通過選擇圖元從而瀏覽、查看卡片數據的屬性信息，實現圖元和屬性數據的聯動顯示。同時，本模塊還提供放大、縮小、復位、刷新、定位等功能。

2）專題數據展示。選擇具體的專題圖，可查看該專題圖的詳細信息，并對專題圖進行放大、縮小、復位、刷新、定位等操作。

3）專題數據多級縮放展示。打開某類專題圖，如該類有多個比例的專題圖數據，則在放大、縮小時可對不同比例尺的專題圖進行切換展示。

2.2 文檔資料信息查詢

系統將多專題文檔資料數據進行集成，在此基礎上可進行詳細的信息查詢、統計或生成相關專題圖表等功能，從不同表現形式對同一實體數據加以表現。

查詢可分為兩部分：基本信息查詢、綜合查詢。

1） 基本信息查詢。通過單一條件屬性信息精確查詢符合條件的調查數據信息，也可以通過名稱進行模糊查詢，得到含有關鍵字的相關屬性信息，通過提供可供選擇的條件進行查詢，避免手動輸入的錯誤。

支持在顯示專題數據信息的圖形上，輸入查詢范圍，查詢出包含在該范圍內所有當前顯示的數據資料信息，包含相應的調查數據、圖文資料數據等信息，列出相應的查詢結果。

2） 綜合信息查詢。依據系統授權，通過設置多種查詢條件，查找所有數據庫中符合查詢條件的相關資料信息。可查看調查成果元數據信息，授權范圍內的原始調查數據和各類成果、專題圖、統計報表、空間查詢等。針對多專業地質數據，提供多種查詢方式。按空間位置查詢包括點查詢、線查詢、范圍查詢等；按照用戶自定義區域查詢、按照屬性條件查詢、對成果圖件數據、相關資料的關聯查詢等，可以由用戶自定義多種檢索條件。

3）系統管理模塊建設。系統管理模塊作為整個信息系統最為核心的模塊，主要是為了維護信息系統的安全穩定運行，對用戶、角色、權限、系統運行參數和密碼等進行管理。實現安全可靠兼具靈活的權限控制功能，既可以設定角色的功能權限，又可以設置技術方法分類維護權限，支持系統的集中管理和分散部署。

系統安全管理體制由用戶、角色、功能權限、數據權限組成，角色是權限的最小集合單元，通過對角色賦予不同的功能權限和數據權限，限制角色在系統中可以進行的管理工作。用戶可以歸屬于一個或多個角色，用戶可以行使這些角色的功能，同時對個性化用戶，也可以進行角色外賦權，實現更靈活的配置。

功能權限是指系統提供的功能組合，即功能點的集合；數據權限，是指技術方法類別、信息類別等數據分類的集合；靈活運用功能權限和數據權限，就可以實現同樣的管理界面，進行不同的數據管理工作。

1）用戶信息管理。用戶管理模塊用來維護用戶基本信息。管理員不僅可以任意添加、修改、刪除用戶信息，還可以對用戶所屬組織機構和角色進行分配。

2）角色信息管理。角色是系統權限的最小集合，通過角色劃分不同用戶分類所承擔的工作。在創建角色時可以與用戶實際工作職責對應，根據工作職責定義一個或多個角色，并可以自由添加、修改、刪除角色信息。同時，系統支持一個用戶具備多個角色。3）密碼修改。對當前登錄用戶提供密碼修改的功能。

3 平臺體系架構

采煤沉陷區環境地質信息平臺采用C#與Java結合進行開發。整個系統采用三層組織架構，主要分為基礎框架及數據訪問層、系統組件層、業務應用層3大部分。

圖2 采煤沉陷區環境地質信息平臺總體架構

系統總體構架實現了模塊間的無縫連接，對卡片數據、空間數據、綜合數據等可靈活管理，并進行數據的綜合展示。

4 優化改進方向

本文基于我國煤炭大省山西省的典型采煤沉陷區地質環境調查，建設基于GIS的綜合業務信息平臺，實現調查數據、空間數據和文檔資料的集中管理和展示，實現相應的分析與表達功能，為地區決策部門尤其是國土資源管理部門提供采煤沉陷區環境地質技術支撐和信息服務。隨著我國生態文明建設的力度和廣度不斷加大，尤其是地質環境資源承載力的需求不斷顯現，未來平臺可朝著示范建設采煤沉陷區地質環境“一張圖”的方向優化改進，整合數據資源，實現跨區域、跨數據類型、跨平臺的綜合信息集成、服務與交換體系，并建立配套的技術標準和規程規范，使我國采煤沉陷區地質環境信息服務更加科學化、規范化、智能化、精細化。

[1] 劉毅,王世東．采煤塌陷區土地損毀程度評價系統研究[J]．河南城建學院學報,2015(5):54-60

[2] 闞俊峰,汪云甲,秦臻,等．ArcGIS在采煤塌陷區地質環境評價中的應用[J]．金屬礦山,2011(2):129-132

[3] 闞俊峰,汪云甲,秦臻,等．徐州采煤塌陷區地質環境評價方法研究[J]．煤炭工程,2011(8):99-101

[4] 楊大兵,張文新,姚清．基于GIS 的采煤塌陷區土地復墾評價系統研究[J]．金屬礦山,2011(10):144-157

[5] 陳娟濃,張錦瑞,岳志新,等．應用GIS技術對采煤塌陷區綜合管理[J]．煤炭科學技術,2008(12):82-85

[6] 任家鋒,侯恩兵,胡小彭．采煤塌陷區綜合治理監測管理系統的設計與實現[J]．地理空間信息,2015(6):142-145

[7] 苗德強 ,胡鋒 ,李輝信 ．基于 ．NET 和 ArcGIS Engine 的土壤污染評價管理信息系統的設計與實現[J]．科技通報，2011(2):299-304

P208

B

1672-4623（2017）10-0049-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.015

2016-06-15。

項目來源：中國地質調查局資助項目（1212011120431）。

肖興平，高級工程師，研究方向為水工環地質信息化技術。