基於WebGIS的瓦斯預測信息管理係統
郝富昌,郝天軒,劉明舉,張振華
(河南理工大學資源與材料工程係,河南焦作454003)
摘 要:針對瓦斯地質數據等信息資源共享中存在的問題,提出了采用WebGIS(網絡地理信息
係統)技術,以ArcView為平台,以ArcIMS 4.0為發布工具的解決方案。介紹了瓦斯預測信息
管理係統的設計目標,闡述了係統的體係結構、開發環境、技術流程,並對係統開發過程中的關鍵技術進行了詳細03manbetx
。
關鍵詞:瓦斯預測;WebGIS;管理信息係統;ArcIMS
中圖分類號:TD76 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)
基金項目:國家“十五”科技攻關項目(2001BA803B0402)
煤與瓦斯突出是煤礦生產中最大的自然災害之一,準確科學地預測礦井瓦斯突出危險區是確保煤礦安全生產的關鍵。對瓦斯突出區域的預測,涉及數據多,信息量大,且反映突出條件的瓦斯地質數據隨煤礦生產而不斷變化,如何有效地將這些數據管理起來,是體現礦井安全管理水平和先進程度的重要標誌。目前,煤礦企業各個部門積累了大量的瓦斯地質數據,但存在著數據標準不一致,兼容性與可比性差,利用率低,造成了瓦斯區域預測資源的極大浪費現象。而在信息時代,如何獲取大量數據並從中提取需要的信息是十分重要的。資源共享就是一條重要且極其有效的途徑。
WebGIS(網絡地理信息係統)是指基於Internet平台、客戶端應用軟件、采用WWW協議、運行在萬維網上的地理信息係統〔1-2〕。與傳統GIS軟件相比,最大特點是在空間框架下實現圖形、圖像數據與屬性數據的動態鏈接,提供網上可視化查詢和空間03manbetx
功能,使原來基於單機的GIS擴展到整個因特網,使得地學數據和地學模型有可能在全球範圍內共享〔3〕。
本軟件係統以一個瓦斯湧出量大,煤與瓦斯突出頻繁的礦井———淮南煤業集團潘三煤礦的瓦斯地質資料和突出信息為例,在ArcView的基礎上,利用WebGIS軟件ArcIMS,開發出了功能較強、數據可普遍共享的瓦斯預測信息管理係統。
1 係統目標及係統結構設計
瓦斯預測信息管理係統是基於瓦斯地質理論預測瓦斯的成果,著眼於運用現代化手段提高工作效率和管理水平,對瓦斯預測進行信息化管理,設定如下目標:
(1)用戶不僅可以把自己所獲得的各種瓦斯地質數據發布到網上,還可以根據權限從站點中瀏覽或下載礦用圖形數據及屬性數據,實現數據的共享和網絡發布。
(2)提供礦用矢量圖形係統,可生成采掘工程平麵圖,瓦斯含量等值線圖,瓦斯壓力等值線圖,瓦斯地質圖等重要圖件,並能實現這些圖形的快速更新、查詢、打印等功能。
(3)等值線生成、標注、查詢、顯示模塊。利用實測數據,在03manbetx
綜合的基礎上完成構造軟煤等厚線圖、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、漫遊等功能。
(5)查詢功能的設計與實現。本係統可以實現由圖形查詢屬性以及屬性查詢圖形的功能。
(6)空間03manbetx
功能。通過各實測數據的輸入,比較準確的預測出瓦斯突出危險區。
依照係統目標,設計出的瓦斯預測信息管理係統分為三個層次,數據層、業務邏輯層和展示層〔4〕。
數據層主要負責空間數據、屬性數據的存儲管理;業務邏輯層主要是響應用戶的各種請求和查詢操作,通過ArcIMS和ASP程序交互作用來實現;展示層是係統將用戶所需的信息或請求處理結果以文本數據、HTML文件以及GIF/JPEG影像數據返回給用戶。建立這種體係結構可將數據和數據的應用分割來,大大提高了係統運行的穩定性及可擴展性。係統結構如圖1所示。
2 基於WebGIS的瓦斯預測信息管理係統的設計本係統是基於nternet/Intranet標準,將地圖3.空間信息和屬性信息有機地結合起來的網絡化地理信息係統。
圖1 瓦斯預測信息管理係統結構圖
2.1 係統的實現模式
突出區域預測可視化係統以煤礦企業局域網作為運行環境,係統的用戶主要為煤礦領導、相關科室(如地質科、通風科、網絡信息中心等)的工程技術人員,用戶數量不多。用戶的主要業務包括數據查詢、輸入、更新、分析、係統維護、圖件打印輸出等業務。
考慮到係統的構建、維護、運行費用等諸多因素,在綜合分析CGI模式、服務器端應用程序接口(ServerAPI)模式、Plug-in模式、GIS ActiveX控件模式、GIS Java Applet模式優缺點的基礎上,本係統采用基於CGI模式的網絡地理信息係統作為實現模式。
它的最大優勢是:①具有大型GIS的分析功能,並且可利用已有的GIS資源;②在客戶端使用支持標準HTML格式的Web瀏覽器,操作結果以靜態GIF或JPEG格式的圖像顯示,客戶端與平台無關。
2.2 係統的開發環境及技術流程
係統的服務器端運行在Windows 2000 Server上;GIS平台選用ArcView GIS 3.3;屬性數據庫采用SQL Server 2000建立,通過ArcView和SQLServer的無縫連接來完成空間數據和屬性數據的統一管理,雙向查詢及數據的更新維護;Web服務器采用Microsoft IIS 5.0,通過Asp程序與ArcIMS進行交互;係統客戶端的運行界麵采用HTML語言和腳本語言編寫,用戶不必在本地計算機上安裝GIS軟件就可以在Internet上訪問遠程的GIS數據和應用程序,進行GIS分析,在Internet上提供交互的地圖和數據。係統的技術開發流程如圖2所示。
圖2 瓦斯區域預測信息管理係統的技術路線圖
在本係統中,用到的數據表比較多。鑽孔基本信息表主要存儲施工鑽孔的編號、所屬剖麵號、鑽孔類別、開孔坐標、終孔坐標、鑽孔設計參數、施工質量、鑽探等基本信息。鑽孔地質數據表用於存儲鑽孔揭露的地層、岩層、煤層等地質數據。鑽孔彎曲測量表和鑽孔標誌層表分別存儲鑽孔測斜和鑽孔所揭露的標誌層的相應數據。構造軟煤數據表存儲構造煤數據點位置、厚度、構造煤厚度百分比等數據。斷層數據表存儲斷層的名稱、性質、產狀及標注等信息。瓦斯突出點數據表存儲曆年突出卡片記錄的相關信息。瓦斯含量(壓力)、構造複雜係數數據表存儲瓦斯含量(壓力)、構造複雜係數數據點及相關信息值。煤層段數據表則存儲煤層段分層厚度、位置等數據。
2.4 係統的視圖設計
視圖是一種交互式地圖,具備對地理數據的創建、管理、顯示、查詢和分析等功能[5-6]。ArcView通過視圖這一形式,可以有效的表達空間數據。Ar-cView通過主題來組織視圖,主題又分為點、線、麵三種類型。為此,在視圖設計中,將突出區域預測中涉及的空間實體抽象為點、線、麵對象。
(1)將開拓工程(主井、副井、矸石井、風井)位置、鑽孔孔口位置、鑽孔見煤點位置、瓦斯突出點位置、煤層厚度數據點、構造煤層厚度數據點、構造煤層厚度百分比數據點、構造複雜係數數據點、岩層段厚度數據點等作為點對象。
(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、坐標格網線、煤層露頭線、巷道工程等。
(3)多邊形對象包括煤層風化帶、工作麵區域、井田範圍、礦井突出區、工作麵突出帶和斷層區域等。
3 係統關鍵技術的設計及實現
3.1 應用ArcIMS實現WebGIS的功能ArcIMS運行在一個分布式的環境下,由客戶端和服務器端的部件組成。用ArcIMS設計並製作的瓦斯預測GIS站點是高度可調整的,允許大量用戶並發的訪問站點,許多請求能夠被同時處理,應用ArcIMS能夠隨著時間的推移擴展服務器功能以滿足日益增長的請求。
ArcIMS能夠實現地圖服務,把矢量要素以流的方式發送到客戶端,實現空間數據和屬性數據的查詢和數據提取等功能〔7-10〕。下麵就以基於We-bGIS的瓦斯區域預測信息管理係統為例,具體說明應用ArcIMS實現地圖服務和數據查詢提取功能。
ArcIMS能夠實現用戶對相關瓦斯地質空間數據和屬性數據的方便調用。例如:當客戶端通過Inter-net/Intranet向Web服務器提交一個瀏覽礦井瓦斯地質圖的請求時,Web服務器接到請求後,立即作出響應並進行請求處理,如遇到地圖服務請求,就將請求進一步提交給ArcIMS服務器,ArcIMS服務器接到請求後,進行相關的GIS運算處理,通過Ar-cView從數據庫中調出瓦斯地質圖,同時將調出的圖提交給Web服務器,最後將圖提交給客戶端,在瀏覽器上顯示。
3.2 瓦斯突出區域預測的實現
綜合分析潘三礦的瓦斯含量分布特征、瓦斯壓力特征、構造煤厚度特征、構造係數特征、煤層埋藏深度、瓦斯突出點分布特征等因素後得出結論,影響潘三礦煤與瓦斯突出的主要因素是瓦斯壓力和構造軟煤厚度,所以突出危險區和突出威脅區主要依靠構造軟煤厚度、瓦斯壓力分布兩個參數來確定。判別規則是:①瓦斯壓力<0.74 MPa的區域為非突出區;瓦斯壓力>0.74 MPa,但構造煤厚度<
本係統利用ArcView多邊形疊加分析功能實現瓦斯突出區域預測。首先由各個鑽孔的測井曲線判別獲得各鑽孔構造軟煤厚度,繼而由各個鑽孔點的構造軟煤厚度值生成點狀主題,利用ArcView的Contours工具生成構造軟煤等值線圖。再由現場實驗測得的各個點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化為多邊形主體,然後利用多邊形疊加實現不同主題的求交運算,進而得到重疊區,即突出危險區。
4 結 論
瓦斯預測信息管理係統利用網絡技術、GIS技術和數據庫技術提出了瓦斯地質數據管理和共享的解決方案,解決了瓦斯地質數據難以得到共享的技術難題。在GIS屬性數據和空間數據的基礎上,實現了瓦斯預測信息資源的瀏覽、交互式操作、礦井信息的查詢以及圖形與屬性數據結合的功能。
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作者簡介:郝富昌,男,河南社旗人,河南理工大學在讀研究生,主要從事瓦斯突出區域預測可視化的研究。
