武永斌，李鴻宇，曹宏文，邵改革

(1. 河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454003；2. 河南省遙感測(cè)繪院，河南 鄭州450003)

?

地理礦情時(shí)空信息管理平臺(tái)的構(gòu)建及應(yīng)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(xué)礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454003；2. 河南省遙感測(cè)繪院，河南 鄭州450003)

為了更加全面、有效地掌握礦區(qū)或礦業(yè)城市與資源開(kāi)發(fā)利用密切相關(guān)的自然、人文地理要素的空間分布特征、動(dòng)態(tài)演化規(guī)律等一系列地理礦情信息，根據(jù)地理礦情監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和需求，通過(guò)對(duì)目前礦區(qū)專(zhuān)題要素的分析，提出了一種建設(shè)地理礦情專(zhuān)題要素本地庫(kù)的方法，并結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫(kù)和面向服務(wù)的GIS技術(shù)構(gòu)建了地理礦情時(shí)空信息管理平臺(tái)，為加快礦山信息化建設(shè)和開(kāi)展地理礦情監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

地理礦情；時(shí)空信息；要素；本底庫(kù)

煤炭資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，遙感影像、基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)、礦情普查資料等是礦區(qū)空間信息的載體，“本底”是指一個(gè)地域最基本的狀況。構(gòu)建地理礦情監(jiān)測(cè)要素本底數(shù)據(jù)庫(kù)，可將多分辨率、多源的影像數(shù)據(jù)及各類(lèi)普查、監(jiān)測(cè)專(zhuān)題要素進(jìn)行有效的組織和管理，并且能夠與其他應(yīng)用專(zhuān)題系統(tǒng)集成，為科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)與管理礦產(chǎn)資源、礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐，提高礦區(qū)空間規(guī)劃與決策水平。本文將深入分析地理礦情的內(nèi)涵，歸納、總結(jié)適合我國(guó)特點(diǎn)的地理礦情監(jiān)測(cè)的指標(biāo)體系和技術(shù)方法，提出適合我國(guó)煤炭資源開(kāi)采利用實(shí)際情況的地理礦情監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容、分類(lèi)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)并構(gòu)建地理礦情專(zhuān)題要素本底庫(kù)及時(shí)空信息管理平臺(tái)[1-3]。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圍繞監(jiān)測(cè)地理礦情、服務(wù)煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、支持礦區(qū)及礦業(yè)城市規(guī)劃輔助決策這一總目標(biāo)，開(kāi)展以地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的礦情監(jiān)測(cè)研究，結(jié)合政府、行業(yè)和公眾需求，研究確立以煤礦區(qū)瓦斯管道、通風(fēng)機(jī)房、瓦斯抽放站、尾礦庫(kù)、煤倉(cāng)、塌陷坑與沉陷盆地、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、景觀格局變化等作為地理礦情專(zhuān)題要素監(jiān)測(cè)內(nèi)容[4]，并據(jù)此制定相應(yīng)的地理礦情監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)體系[5]。

1. 地理礦情本底庫(kù)建設(shè)內(nèi)容

地理礦情監(jiān)測(cè)信息管理需要的數(shù)據(jù)資料如下：①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)(行政區(qū)劃、道路、居民地等要素)，由公務(wù)服務(wù)平臺(tái)提供瓦片服務(wù)及WMS服務(wù)供其調(diào)用，作為系統(tǒng)的背景底圖；②采礦、地質(zhì)等專(zhuān)題資料，包括地理礦情及災(zāi)害隱患處的地質(zhì)地貌、地形條件等；③包括大車(chē)道、小路在內(nèi)的區(qū)域精細(xì)道路網(wǎng)等道路信息，從1∶1000地形圖上提取；④災(zāi)害相關(guān)信息，包括隱患點(diǎn)和災(zāi)害點(diǎn)的地理位置、名稱(chēng)、損失、地質(zhì)環(huán)境及防災(zāi)減災(zāi)信息；⑤避災(zāi)場(chǎng)所，包括學(xué)校、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、廣場(chǎng)等，從1∶1000地形圖上提取；⑥其他專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)資料，如災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的文字記錄及資料照片等。

(1) 專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)

利用Oracle和ArcSDE建立地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的服務(wù)器端核心數(shù)據(jù)庫(kù)，管理地理礦情監(jiān)測(cè)要素的空間信息和屬性信息(包括地理位置、潛在危害、地質(zhì)條件等數(shù)據(jù))，專(zhuān)題要素本底庫(kù)內(nèi)容如圖1所示。系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的SDE表空間，并確定各要素類(lèi)的幾何表示類(lèi)型(點(diǎn)、線(xiàn)、面、柵格)。專(zhuān)題要素信息包括隱患點(diǎn)、災(zāi)害點(diǎn)、疏散路線(xiàn)及避災(zāi)場(chǎng)所等數(shù)據(jù)，每個(gè)要素有標(biāo)識(shí)碼、形狀、數(shù)據(jù)類(lèi)型及災(zāi)害相關(guān)屬性信息。如以隱患點(diǎn)(包括地理位置、潛在威脅和應(yīng)急措施等信息)編號(hào)作為唯一標(biāo)識(shí)碼，與疏散路線(xiàn)、避災(zāi)場(chǎng)所等進(jìn)行關(guān)聯(lián)，災(zāi)害點(diǎn)編碼(包括地理位置、災(zāi)害狀況、損失情況和災(zāi)害調(diào)查等信息)與各災(zāi)害子表(滑坡、泥石流、崩塌、地裂縫、采空區(qū)、塌陷)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在配置地圖文檔時(shí)，將屬性信息表與矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后根據(jù)地理數(shù)據(jù)的路徑和定義的繪制模式，實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)的發(fā)布。

(2) 空間數(shù)據(jù)管理

空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用ArcSDEforOracle存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)。導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)，創(chuàng)建ArcSDE和Oracle的連接，將存儲(chǔ)于PersonalGeodatabase中的質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、隱患點(diǎn)、避災(zāi)路線(xiàn)、避災(zāi)場(chǎng)所的4個(gè)圖層，通過(guò)ArcCatalog逐個(gè)或批量導(dǎo)入Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。

(3) 單體災(zāi)害屬性表

每一種災(zāi)害都有其自身屬性，通過(guò)對(duì)已發(fā)生的各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)滑坡、泥石流、崩塌、塌陷、采空區(qū)及地裂縫等信息表。

圖1　地理礦情專(zhuān)題要素本底庫(kù)構(gòu)架

2. 地理礦情監(jiān)測(cè)內(nèi)容分類(lèi)方法

地理礦情監(jiān)測(cè)對(duì)于目標(biāo)地物的提取采用面向?qū)ο蠛妥畲笏迫槐O(jiān)督分類(lèi)方法相結(jié)合的方式[6]。面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)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(duì)象不再是單個(gè)像素，而是影像對(duì)象或片斷。目標(biāo)對(duì)象比單個(gè)像素更具有實(shí)際意義，其特征的定義和分類(lèi)均是基于目標(biāo)進(jìn)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(jié)構(gòu)信息。地理礦情監(jiān)測(cè)以1∶50 000基礎(chǔ)地理信息為底圖數(shù)據(jù)，采用最大似然監(jiān)督分類(lèi)方法對(duì)水體、城鎮(zhèn)、道路、森林、灌草地、農(nóng)用地等進(jìn)行分層提取。最大似然監(jiān)督分類(lèi)法模型如下：

設(shè)樣本集X={x1,x2,…，xn}，將被分成N類(lèi)，則某一樣本xj屬于某一類(lèi)別的ωi概率為

(1)

3. 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用Oracle和ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，以及地理礦情本底數(shù)據(jù)庫(kù)的功能設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表設(shè)計(jì)，構(gòu)建地理礦情本底數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并根據(jù)需求采用C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的復(fù)合型應(yīng)用模式。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)總體架構(gòu)

(1) 數(shù)據(jù)層

按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)礦區(qū)空間和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，以專(zhuān)題數(shù)據(jù)、地質(zhì)采礦環(huán)境條件、影像資料、更新數(shù)據(jù)信息等為核心，提供業(yè)務(wù)運(yùn)行所需的專(zhuān)題數(shù)據(jù)，并通過(guò)調(diào)用基礎(chǔ)地理信息公告平臺(tái)獲得底圖背景數(shù)據(jù)。

(2) 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層包括數(shù)據(jù)入庫(kù)管理、分析挖掘、更新及網(wǎng)絡(luò)化共享等內(nèi)容，以Microsoft.NET框架作為基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)，以ArcGIS作為通用的業(yè)務(wù)GIS平臺(tái)。服務(wù)器端利用ArcGISServer構(gòu)建各類(lèi)地圖與專(zhuān)題圖相關(guān)服務(wù)；以ArcGISEngine二次開(kāi)發(fā)的終端作為客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)礦情監(jiān)測(cè)信息的更新和維護(hù)；瀏覽器端利用ArcGISAPIforFlex開(kāi)發(fā)庫(kù)調(diào)用地圖相關(guān)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息的瀏覽、查詢(xún)和分析統(tǒng)計(jì)。

(3) 應(yīng)用層

通過(guò)C/S模式的數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。局域網(wǎng)用戶(hù)(決策部門(mén))可通過(guò)B/S模式下的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)要素進(jìn)行瀏覽、查詢(xún)、災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急救援分析和統(tǒng)計(jì)等。

二、地理礦情時(shí)空信息管理系統(tǒng)與應(yīng)用

本文構(gòu)建的鶴壁礦區(qū)地理礦情時(shí)空信息管理平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)放的資源共享和應(yīng)用集成的公用服務(wù)平臺(tái)，既可以瀏覽整個(gè)礦區(qū)資源的分布，也可為礦區(qū)不同部門(mén)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)共享和交換服務(wù)，并可在此基礎(chǔ)上快速開(kāi)發(fā)其他應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，是地理礦情監(jiān)測(cè)的重要支撐[7-11]。

該平臺(tái)針對(duì)不同應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)發(fā)布與共享、用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)及運(yùn)維管理共3個(gè)應(yīng)用層次，具有在線(xiàn)新聞中心、電子地圖、礦區(qū)資源、應(yīng)用指南、開(kāi)發(fā)中心、共享交換等功能模塊，為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地理空間數(shù)據(jù)共享、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、平臺(tái)一體化管理的區(qū)域地理空間框架的搭建提供了完整的解決方案。系統(tǒng)主界面如圖3所示。

圖3　平臺(tái)主界面

1. 關(guān)鍵技術(shù)

(1) 基于服務(wù)式GIS的軟件體系

系統(tǒng)基于服務(wù)式GIS(ServiceGIS)采用面向服務(wù)的軟件工程方法，把GIS的全部功能封裝為Web服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了被多客戶(hù)端跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)用，并具備了服務(wù)聚合能力，集成其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。在細(xì)粒度組件式GIS基礎(chǔ)上，封裝粒度適中的全功能GIS服務(wù)群，構(gòu)成ServiceGIS的服務(wù)器，向客戶(hù)端發(fā)布數(shù)據(jù)管理、二維可視化、地圖在線(xiàn)編輯和各類(lèi)空間分析與處理等全功能GIS服務(wù)。

(2) 空間數(shù)據(jù)管理

空間數(shù)據(jù)管理通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用ArcSDE模式利用空間索引機(jī)制提高查詢(xún)速度，實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)同時(shí)操縱同一類(lèi)型數(shù)據(jù)，以及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成。ArcSDE分開(kāi)存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在政府部門(mén)，地理礦情監(jiān)測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在國(guó)土部門(mén)。用戶(hù)通過(guò)ArcSDE可在Oracle、MicrosoftSQLServer和DB2中存取SDE圖層，在網(wǎng)絡(luò)支持下實(shí)現(xiàn)全礦區(qū)的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)共享、海量數(shù)據(jù)的組織和管理，以及多用戶(hù)條件下的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)[12]。

2. 平臺(tái)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(gè)礦區(qū)的礦產(chǎn)資源分布圖等。DLG和DOM通過(guò)調(diào)用數(shù)字地理信息公共平臺(tái)上發(fā)布的地圖服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)，礦區(qū)資源分布圖則利用全國(guó)第一次地理國(guó)情普查結(jié)果和礦區(qū)現(xiàn)有圖件資料制作。

(2) 礦區(qū)資源管理模塊

平臺(tái)設(shè)計(jì)了礦區(qū)服務(wù)資源模塊，主要包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和成果數(shù)據(jù)兩類(lèi)信息。將各種服務(wù)或數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)和統(tǒng)計(jì)，方便用戶(hù)進(jìn)行資源瀏覽、查詢(xún)使用，同時(shí)可為用戶(hù)提供資源訂閱、資源申請(qǐng)等功能。

(3) 二次開(kāi)發(fā)模塊

針對(duì)二次開(kāi)發(fā)用戶(hù)，系統(tǒng)提供不同開(kāi)發(fā)軟件的底層類(lèi)參考、開(kāi)發(fā)示例和開(kāi)發(fā)包下載等功能。底層類(lèi)參考：用戶(hù)通過(guò)底層類(lèi)參考了解不同軟件提供的類(lèi)和接口，包括類(lèi)的所有屬性、方法及屬性和方法的詳細(xì)描述；開(kāi)發(fā)示例：提供常用的二次開(kāi)發(fā)功能的一些基本示例供用戶(hù)參考；開(kāi)發(fā)包下載：為用戶(hù)提供JavaScriptAPI和FlexAPI等開(kāi)發(fā)示例的下載資源，用戶(hù)點(diǎn)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(hù)參與系統(tǒng)建設(shè)、擴(kuò)大系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量的有效手段，可調(diào)用經(jīng)過(guò)管理員審核的其他用戶(hù)發(fā)布的資源信息。此外，用戶(hù)還可上傳本部門(mén)的資源信息，經(jīng)過(guò)管理員審核后供其他部門(mén)瀏覽與使用，實(shí)現(xiàn)信息共享。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)展以地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的礦情監(jiān)測(cè)研究，確立了以煤礦區(qū)瓦斯管道、通風(fēng)機(jī)房、瓦斯抽放站、尾礦庫(kù)、煤倉(cāng)、塌陷坑與沉陷盆地、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、景觀格局變化等作為地理礦情專(zhuān)題要素監(jiān)測(cè)內(nèi)容，提出了建設(shè)地理礦情專(zhuān)題要素本地庫(kù)的方法，并結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫(kù)和面向服務(wù)的GIS技術(shù)構(gòu)建了地理礦情時(shí)空信息管理平臺(tái)，為加快煤礦區(qū)信息化建設(shè)和開(kāi)展地理礦情監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

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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(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(14IRTSTHN026)；河南理工大學(xué)2013年度博士基金(B2013-018)；河南省創(chuàng)新型科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃

武永斌(1974—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿z影測(cè)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(shí)空信息管理平臺(tái)的構(gòu)建及應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(8)：104-106.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0268.