劉 杰，胡 燕，康 楠

(天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250)

天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)建設(shè)淺探

劉 杰，胡 燕，康 楠

(天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250)

綜合運用地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)工作實踐經(jīng)驗，初步設(shè)想了天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)建設(shè)的總體結(jié)構(gòu)、開發(fā)策略、技術(shù)路線，并對信息系統(tǒng)主要內(nèi)容及各功能子系統(tǒng)進行了初步設(shè)計，是空間數(shù)據(jù)庫、GIS技術(shù)與地?zé)豳Y源數(shù)學(xué)模型有機結(jié)合與統(tǒng)一探索，是利用信息技術(shù)擴大地質(zhì)基礎(chǔ)資料公益性服務(wù)范圍，加快地質(zhì)基礎(chǔ)資料向社會生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的有益的嘗試。

信息技術(shù);地質(zhì)資料;數(shù)據(jù)庫;公益性服務(wù)

地?zé)崾且环N清潔的綠色能源，在當(dāng)前能源緊張、環(huán)境問題受到日益重視的情況下，加強地?zé)豳Y源管理和研究具有極其重要的意義。

隨著近年來天津地?zé)豳Y源的大量開發(fā)，造成熱儲層壓力降低、水頭下降，已形成了區(qū)域地下熱儲水位降落漏斗，同時環(huán)境地質(zhì)問題及供水供熱安全問題日益突出。“在保護中開發(fā)、在開發(fā)中保護”是資源可持續(xù)開發(fā)的基本手段，通過掌握地?zé)豳Y源開采動態(tài)變化規(guī)律對未來開發(fā)資源動態(tài)做出科學(xué)預(yù)測的基礎(chǔ)上，未雨綢繆，提早做出有效地應(yīng)對措施和控制措施，以實現(xiàn)資源的可持續(xù)開發(fā)。因此，有必要建立天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)，對地?zé)豳Y源開發(fā)利用方案分析提供有力的支持手段和方法，輔以決策，實現(xiàn)天津地區(qū)地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)，有效地保護地?zé)豳Y源這種可再生資源，為天津市經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

依托微軟SQL SERVER2005數(shù)據(jù)庫技術(shù)、ArcGIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠程GPRS技術(shù)，建立一套架構(gòu)于大型數(shù)據(jù)庫、GIS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠程監(jiān)控技術(shù)基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合天津市地?zé)豳Y源情況的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地?zé)豳Y源規(guī)劃、管理、保護與合理利用等信息化管理、實現(xiàn)天津市地?zé)岬貙W(xué)信息的一體化管理、三維可視化顯示和網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，為城市規(guī)劃與管理提供可視化決策系統(tǒng)，為地學(xué)研究搭建分析研究平臺，為社會公眾需求提供信息發(fā)布窗口。

2 系統(tǒng)開發(fā)策略

系統(tǒng)在提供必備的基本分析功能的基礎(chǔ)上，面向用戶的開發(fā)靈活的思想設(shè)計和開發(fā)應(yīng)用分析系統(tǒng)，并不斷根據(jù)需要進行擴展。擬定了階段開發(fā)的目標，首先按照前期的目標原則，開發(fā)滿足常規(guī)基本地質(zhì)研究室所需的應(yīng)用分析系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)，投入實際運用，不斷完善和提高;其次投入建設(shè)地?zé)峋h程監(jiān)控設(shè)備，保障數(shù)據(jù)及時準確的進入數(shù)據(jù)庫;最后根據(jù)大量的數(shù)據(jù)支持，開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)，為天津市地?zé)豳Y源的安全保障做出決策性功能。系統(tǒng)的軟件開發(fā)策略可概括為:充分利用軟件ArcGIS系統(tǒng)功能和二次開發(fā)函數(shù)資源，引入軟件開發(fā)的系統(tǒng)工程思想，引用成熟算法及相應(yīng)源代碼，采用靈活開發(fā)手段，不拘于某一開發(fā)工具，按照軟件工程規(guī)范集中開發(fā)，分工配合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能開發(fā)。

3 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線

系統(tǒng)開發(fā)充分考慮實用性、先進性、標準化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、可維護性、可擴展性及用戶對象。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的部署充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采用WEB Service技術(shù)來完成網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)架，即數(shù)據(jù)通過HTTP協(xié)議穿越防火墻傳輸，以保障數(shù)據(jù)庫的安全。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫軟件進行建設(shè)，空間數(shù)據(jù)庫以ArcGIS為平臺，存儲于SQL Server 2005中。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸流采用XML流，前端監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集設(shè)備由具有數(shù)據(jù)遠傳通訊功能的GPRS技術(shù)完成。開發(fā)工具選Microsoft公司的.NET開發(fā)工具 C#及 Sybase公司 Power-Builder開發(fā)工具，分別開發(fā)Windows應(yīng)用程序、WEB應(yīng)用程序。

4 系統(tǒng)開發(fā)的主要內(nèi)容

1)建立一套完整的天津市地?zé)豳Y源數(shù)據(jù)庫，標準化的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容有:地?zé)徙@孔基本信息、地?zé)峋畡討B(tài)數(shù)據(jù)、水質(zhì)信息表、開采量統(tǒng)計表、熱儲層信息表、鉆孔抽水試驗數(shù)據(jù)、鉆孔巖性描述、密度對應(yīng)溫度數(shù)據(jù)、測井曲線數(shù)據(jù)及測井井壓數(shù)據(jù)等。

2)建立地?zé)徙@孔遠程監(jiān)測系統(tǒng):地?zé)峋h程監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中心使用GPRS主站，遠端使用GPRS子站，向移動公司申請APN專網(wǎng)，并將GPRS模塊所使用的SIM卡上綁定固定IP，系統(tǒng)主站的GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊和每個監(jiān)測終端內(nèi)置的GPRS數(shù)據(jù)通訊模塊都能登錄該APN專網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)控中心與現(xiàn)場測控終端的數(shù)據(jù)雙向通信，從而實現(xiàn)對地下水位的實時監(jiān)測。

3)建立地?zé)豳Y源信息系統(tǒng)(C/S):建立完善地地?zé)豳Y源安全保障和管理模型，即地?zé)豳Y源評價模型和預(yù)警模型，實現(xiàn)對地?zé)徙@井等數(shù)據(jù)的信息化管理;同時對空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)進行管理，具有數(shù)據(jù)信息維護、查詢統(tǒng)計分析、報表生成、輸出等功能;并能根據(jù)大量數(shù)據(jù)做出評價和預(yù)警，對天津市地?zé)豳Y源的安全開采做出有力的保障。

4)建立地?zé)豳Y源Internet發(fā)布系統(tǒng):根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫及相關(guān)配置，自動生成對外發(fā)布網(wǎng)頁，滿足社會人員及時地了解地?zé)釘?shù)據(jù)的相關(guān)信息及動態(tài)變化，具有查詢、統(tǒng)計、生成報表及下載等基本功能。

5 系統(tǒng)功能

天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)按四個相對獨立的子系統(tǒng)設(shè)計，即數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)、模型評價與分析子系統(tǒng)、地?zé)豳Y源開發(fā)利用預(yù)警子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)都是基于天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)空間信息數(shù)據(jù)庫開發(fā)的。數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的編輯、瀏覽與管理;模型評價與分析子系統(tǒng)主要從數(shù)據(jù)庫獲得數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS相關(guān)功能和數(shù)學(xué)模型分析得到成果數(shù)據(jù);地?zé)豳Y源開發(fā)利用預(yù)警子系統(tǒng)主要是把實時地動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集起來，將數(shù)據(jù)作相關(guān)處理，利用多個評價因子分析，然后與警度對比后得到不同警度的區(qū)域(圖表表示);網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)以前三個系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將三個系統(tǒng)的成果數(shù)據(jù)利用WEB功能完成信息的發(fā)布。

5.1 數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)提供了較強的數(shù)據(jù)信息管理功能，用戶可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集輸入、編輯、顯示瀏覽、高級查詢檢索、輸出和分析等功能。

信息結(jié)果集的數(shù)據(jù)劃分基礎(chǔ)地理信息、空間數(shù)據(jù)庫、成果圖、臨時成果四大類?；A(chǔ)地理信息以底圖為主;空間數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)管理的重點，按國家地質(zhì)調(diào)查局的標準及指南進行建設(shè)，確保數(shù)據(jù)的通用性;圖形方面可管理工作產(chǎn)生的各種ArcGIS格式的數(shù)據(jù)成果圖;臨時成果則管理本系統(tǒng)運行過程中需要保存的各種中間成果，包括鉆孔瀏覽圖、模型分析成果、三維可視化成果、數(shù)值模擬等成果。

5.2 模型評價與分析子系統(tǒng)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存儲了大量地?zé)岬刭|(zhì)數(shù)據(jù)，如地層結(jié)構(gòu)，熱儲埋深及厚度，蓋層巖性，斷裂帶的空間分布，地溫梯度，地?zé)峋當(dāng)?shù)據(jù)，開采量數(shù)據(jù)等，以上數(shù)據(jù)均可以進行分類統(tǒng)計，并使用相關(guān)分析方法，回歸分析方法，聚類分析方法，非線性迭代最小二乘法，多元統(tǒng)計分析法等方法進行統(tǒng)計運算，為決策者提供有效的決策支持。本系統(tǒng)已根據(jù)天津市不同地域?qū)?shù)據(jù)進行分類匯總和推導(dǎo)模擬，并使用上述算法得到預(yù)測數(shù)據(jù)，并以圖表方式加以顯示。熱儲資源評價的集中參數(shù)模型是其中一個用于熱儲壓力模擬預(yù)測的模塊，該模型根據(jù)熱儲埋藏條件自動對其進行三維體塊劃分，然后根據(jù)內(nèi)外熱儲的聯(lián)通與貯存性質(zhì)，對熱儲壓力和開采潛力進行精確的預(yù)測與計算(圖1)。系統(tǒng)還實現(xiàn)了抽水試驗?zāi)M模塊，該模塊將計算抽水試驗中水量與降深的關(guān)系并生成Q－S圖，從而對地?zé)岬刭|(zhì)條件或回灌效果進行評價。模塊中的熱儲體積法實現(xiàn)了對熱儲存量大致的估計計算，熱儲蒙特卡洛體積法實現(xiàn)了對非均質(zhì)熱儲地層中所蘊藏的能量進行準確的計算，而計算結(jié)果均以概率直方圖形式表示(圖2)。

圖1 集中參數(shù)模型熱儲壓力預(yù)測圖

圖2 蒙特卡洛體積法計算結(jié)果圖示

5.3 地?zé)豳Y源開發(fā)利用預(yù)警子系統(tǒng)

天津地區(qū)各熱儲層的水位埋深和熱儲壓力近年來有加速下降之勢，為緩解熱儲水位下降趨勢，必須科學(xué)合理的開發(fā)利用有限的地?zé)豳Y源，平衡協(xié)調(diào)好開發(fā)與保護關(guān)系。利用地?zé)豳Y源開發(fā)利用預(yù)警系統(tǒng)，輔助決策人員做出決策，并結(jié)合礦產(chǎn)資源整體規(guī)劃和地?zé)豳Y源開發(fā)利用中、遠期規(guī)劃，讓有限的資源既服務(wù)好市場經(jīng)濟建設(shè)，又得以可持續(xù)性開發(fā)利用。

預(yù)警系統(tǒng)的工作方法:

(1)從數(shù)據(jù)庫中提取地?zé)徙@孔水量、水位、水質(zhì)、水溫、沉降速率等相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)采用克里金法對天津市底圖進行網(wǎng)格剖分。

(3)根據(jù)不同評價因子(開采量，水位，沉降速率，水質(zhì)等)，在網(wǎng)格剖分圖中繪制各個要素的評價圖。

(4)綜合分析各個評價因子要素評價圖，根據(jù)風(fēng)險比值疊加各個要素評價圖，然后與警度對比得出結(jié)論。

5.4 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)主要是根據(jù)不同的需要將各子系統(tǒng)的結(jié)果生成對外發(fā)布網(wǎng)頁，完成公益信息發(fā)布功能;適時接受服務(wù)要求信息，滿足公眾了解地?zé)釘?shù)據(jù)的相關(guān)信息及動態(tài)變化，具有查詢、統(tǒng)計及生成報表、下載等基本功能。同時，網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)還具有地?zé)豳Y源信息動態(tài)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能，能適時地從數(shù)據(jù)自動采集儀上獲取數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)庫。該子系統(tǒng)還具備自動記錄及安全保障等基礎(chǔ)手段。

6 系統(tǒng)開發(fā)步驟

系統(tǒng)開發(fā)步驟按照軟件工程對系統(tǒng)生命周期的定義分布進行:

6.1 依據(jù)實際情況制定系統(tǒng)計劃

初步按照目標原則，在能力、經(jīng)費、時間許可的范圍內(nèi)，制定切實可行的目標，開發(fā)滿足項目所需的應(yīng)用系統(tǒng)，投入實際運用。

6.2 需求收集與分析

站在用戶的角度，從系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和規(guī)則要求入手收集整理用戶信息，以計算機技術(shù)特定的方式加以描述。主要是開展已有地質(zhì)資料的收集分析論證及實地補充調(diào)查;同時開展政府管理及社會公眾需求調(diào)查，逐步調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，達到建庫工作規(guī)范和標準的要求。

6.3 系統(tǒng)設(shè)計

實現(xiàn)需求信息內(nèi)容從現(xiàn)實世界到信息世界的抽象，進行概念模型設(shè)計及對應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立并優(yōu)化系統(tǒng)模型。

6.4 信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

應(yīng)用軟件開發(fā)工具編寫應(yīng)用程序。

6.5 測試

在系統(tǒng)投入使用之前通過精心制定的測試計劃和測試數(shù)據(jù)來模擬運行將來的使用環(huán)境，測試系統(tǒng)的性能是否滿足設(shè)計要求，從而發(fā)現(xiàn)并解決問題。

7 社會經(jīng)濟環(huán)境效益分析

1)地?zé)豳Y源信息化系統(tǒng)是資源管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。世界各國特別是發(fā)達國家，信息技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源優(yōu)化配置和調(diào)度等各個方面。天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)的完成，將改進傳統(tǒng)工作模式，更有效更充分地管理地?zé)豳Y源，為全面提高地?zé)豳Y源為國民經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)的效能及效益提供重要技術(shù)管理手段，給地?zé)豳Y源管理等帶來新的機遇和變革。

2)天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)建設(shè)工作的實施，將推進地?zé)豳Y源管理的信息化進程，推動政府更加深入開發(fā)和綜合利用地?zé)豳Y源，促進地?zé)豳Y源合理開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的形成。

3)天津市地?zé)豳Y源安全保障和管理信息系統(tǒng)建設(shè)工作的實施，對保障地?zé)豳Y源安全開發(fā)，解決能源的不足，促進人與自然的和諧發(fā)展具有重大的經(jīng)濟社會環(huán)境效益。

8 結(jié)語

“人口、資源、環(huán)境”問題是21世紀人類社會發(fā)展所面臨的主要問題，對資源的不合理開發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境的破壞，嚴重制約著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。作為潔凈能源的地?zé)豳Y源的安全保障和管理是我國能源綜合利用的迫切問題。如何利用GIS技術(shù)實現(xiàn)對多年來積累的豐富的地?zé)豳Y源相關(guān)數(shù)據(jù)資料信息化管理及二次開發(fā)利用，實現(xiàn)資料資源向社會生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，使之服務(wù)資源安全保障和管理成為重要研究課題。

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1004－1184(2012)03－0064－03

2012－01－09

劉杰(1984－)，男，安徽懷遠人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從事地?zé)嵝畔⑾到y(tǒng)開發(fā)工作。