（矿产普查与勘探专业论文）矿井水文地质信息管理系统开发与应用.pdf

山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 矿井水文地质工作直接影响煤矿安全，尤其是矿井水害对煤矿生产影响极大。我国 煤矿在长期的开采历史中，积累了大量的水文地质资料，对其进行有效的管理和分析， 对搞好矿井水文地质工作意义重大。本次开发的矿井水文地质信息管理系统是按照设计 实用性、可操作性、可扩充性原则进行的，实现了系统的标准化和规范化。 矿井水文地质信息管理系统主要由三个大模块组成，即数据库模块：主要实现对不 同矿区的各个矿井水文地质数据资料的录入和编辑；数据分析及成图模块：主要是依据 数据库模块中输入的数据进行分析和自动成图；数据输出模块：可完成对数据库中所有 数据和信息按照用户所需要的字段进行输出。 应用该系统，对山东省新汶矿区矿井水文地质资料进行了系统管理、分析了矿井水 文地质特征和水害情况，得出了一些规律性认识，对矿区各矿井的水文地质工作起到一 定的指导，同时也验证了本管理系统的实用性和有效性。 关键词：水文地质信息管理系统总体设计数据库模块数据分析及成图模块数据 输出模块新汶矿区 山东科技大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t t h eh y d r o g e o l o g i cw o r ko fm i n i n gi sr e l a t e dt om i n e ss a f e t y m i n i n gw a t e r - d i s a s t e ri s v e r yi m p o r t a n tt om i n e ss a f e t yi nt h ep r o c e s so fm i n i n g i no u rc o u n l x y , s o m ec o a l m i n e sh a v e m i n e dl o n gy e a r s ，w h i c hh a v eag r e a td e a lo fm i n i n gh y d r o g e o l o g yd a t a i ft h e s ed a t ac a nb e m a n a g e da n da n a l y z e de f f e c t i v e l y , t h i sw i l lb ev e r yu s e f u lt og u i d i n gm i n e sp r o d u c t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f p r a c t i c a b i l i t y , e f f e c t i v e n e s s ，e x p a n d a b i l i t y , t h ea u t h o rr e a l i z e st h e s t a n d a r d i z a t i o no f m i n eh y d r o l o g ym a n a g e m e n ts y s t e m m i n eh y d r o l o g ym a n a g e m e n ts y s t e mm a i n l yc o v e r st h r e em o d u l e s t h ef i r s to n ei s d a t a b a s em o d u l e w h o s ef u n c t i o n sa r em a i n l yd e a l i n g 、i t l li n p u t t i n ga n de d i t i n go fm i n i n g h y d r o g e o l o g y d a t ai nd i f f e r e n tc o a l f i e l d t h es e c o n di s d a t a - a n a l y z i n g a n dd y n a m i c c u r v e d r a w i n gm o d u l e ，w h o s em a i nf u n c t i o n s a r ec o n c e r n e dw i t i ld r a w i n g ，e d i t i n g ，a n d a n a l y z i n gd a t at h a tb a s e do nm i n i n gb y d r o g e o l o g yd a t a b a s e t h et h i r di sd a t a x p o r t i n g m o d u l e i tc a nf i n i s he x p o r t i n ga l ld a t aa n di n f o r m a t i o ni nt h ed a t a b a s ea c c o r d i n gt ow o r d s e c t i o nw h i c ht h eu s e r sn e e d t h ea p p l i c a t i o no f t h i ss y s t e mi nx i n w e nc o a l f i e l d ，s h a n d o n gp r o v i n c e ，i n d i c a t e st h a tt h e s y s t e mh a sg o o de f f e c ti nt h em a n a g e m e n to fg e o l o g yd a t a t h r o u g ha n a l y s i so f t h ed a t a , t h e a u t h o rc o m e st os o m ec o n c l u s i o no fw a t e ri n r u s hi nx i n w e nc o a l f i e l d t h i s 、v i i lb eu s e f u lt o g u i d i n gm i n e sp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：m i n i n gh y d r o l o g ym a n a g e m e n ts u b s y s t e mt o t a ld e s i g nm o d u l eo f d a t a b a s e m o d u l eo fd a t a - a n a l y z i n ga n dd y n a m i cc u r v e - d r a w i n gm o d u l eo fd a t a 。o u t p u t t i n g x i n w e nc o a 硒e l d 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和所公认的文献 外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关 作鉴定。 硕士生签名：哩净哝1 q 日期：邢、；、1 1 a f f i r m l 盯i o n id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h e a w a r do fm a s t e r sd e g r e ei ns h a n d o n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , i sw h o l l y m yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e t h ed o c u m e n th a sn o t b e e ns u b m i t t e d f o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e s i g n a t u r e ：胁岈叶 u 施6 j 1 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 1 选题依据及其研究的意义 本课题是根据山东省煤矿防治水项目而确定的。 我国煤矿在勘探、建井和生产过程中积累了丰富的水文地质资料，处理资料信息的方 法也是多种多样。随着生产的不断发展，资料信息量会以更快的速度增长，与之极不相称的 是我国许多煤矿在资料信息管理上仍旧停留在卡片、台帐及图纸等手工操作阶段，这在资 料处理上是零碎、分散的，决策人员只能根据这些资料作比较有限的经验性分析 甚至是主 观判断。矿井水文地质工作直接影响到煤矿的安全，尤其是矿井水害对煤矿生产影响极 大。随着计算机技术的不断发展及其在实际工作中的广泛应用，处理矿井水文地质信息 的思路和方法也在不断更新和提高。如果以这些资料为基础，从防治水角度进行综合分析 研究，建立数据库管理系统，不仅极大地提高资料的利用效率，方便快捷地为煤矿管理者提 供决策依据；同时也使矿井水文地质数据的管理工作更加科学化、系统化、规范化，从而使 矿井的防治水工作由被动变为主动，生产将更加安全高效，为生产单位和管理部门对矿井 水文资料的更新查询、检索及分析使用提供一条更加快捷有效的途径。因此矿井水文地 质数据库系统在煤矿水文地质方面具有广阔的应用前景，它服务于煤炭行业，必将为煤 炭企业建立现代企业制度起到积极的作用。 1 2 国内外研究现状 能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答拥护一系列问题的系统统 称为信息系统。由于计算机系统具有强大的信息处理功能，现代的信息系统一般都是利用 计算机系统来实现的，因此，在一些文献中，信息系统实际上是指计算机信息系统。不同领 域、部门对信息内容的需求不同，它们所面临的问题及处理方式也各不相同，因此各种各 样的专业化信息系统也就相继出现并得到迅速的发展。 1 2 1 地理信息系统的发展 第一个地理信息系统产生于加拿大，它经过加拿大政府批准，于1 9 6 4 年开始建立 第一个地理信息系统产生于加拿大，它经过加拿大政府批准，于1 9 6 4 年开始建立 山东科技大学硕士学位论文1 绪论 称为加拿大地理信息系统，它是针对土地开发与保护，为农业服务的：6 0 年代后期，美 国才开始研究，近2 0 年来，美国地理信息系统得到迅速发展，美国的地理信息系统软件 已发展n - - 百多个 1 9 7 0 1 9 7 6 年间美国联邦地质调查局建成5 0 多个信息系统并进行 综合地质研究，德国在1 9 8 6 年建成d a s c h 系统，瑞典、日本等国也陆续建有自己的地 理信息系统；我国地理信息系统研究工作是从8 0 年代初开始的，虽然起步较晚，但随着 国家的重视、有关方面的资助和专业技术人员投入的加大，地理信息系统得到蓬勃发展， 相继建立了一批全国、省市和区域级的数据库和大型应用系统，取得了较大的成果。目 前，国内外地理信息系统已广泛应用于研究城市规划、国土规划、地籍测量、农作物估 产、森林动态监测、水土流失、水资源管理等方面。近年来，矿井水文地质工作者将地 理信息系统引入矿井水文地质研究，开辟了一个新的应用领域。 1 2 2 地理信息系统在水文地质中的应用 在国内外，地理信息系统在水文地质方面的应用都非常广泛。1 9 9 3 年3 月1 4 日 1 8 日，在美国亚拉巴马卅i 莫比尔市举行“地理信息系统和水资源专题讨论会”，讨论内 容除软件、硬件、遥感、扫描图像等技术方面的问题外，在应用部分的地下水方面涉及 地下水模型、水质和水资源的利用等方面的研究。1 9 9 3 年4 月1 6 日2 2 日，在奥地利 维也纳召开了“地理信息系统在水文学和水资源管理中的应用”国际学术讨论会，分八 个论题，其中涉及水文地质专业的有：决策系统和专家系统、遥感中地理信息系统的方 法学问题及其应用、地理信息系统在三维和四维问题中的应用、地理信息系统在水资源 和环境管理中的应用、地理信息系统在地下水系统中的应用等五个问题。根据有关资料 来看，在地下水方面的应用主要包括地下水决策支持系统、地下水规划和管理、地下水 的模型研究、地下水水质监测、含水层的识别、水源保护、利用遥感图像和数据进行地 下水研究、编制水文地质图、水文地质灾害预测预报等方面。 1 2 3 水文地质信息管理系统的发展 国内外在开发和建立水文地质信息管理系统方面做了大量的工作，并建立了较为完 善的水文地质信息管理系统。 在国外，煤在能源结构中处于相对次要的地位，并且以露天煤矿生产为主。国外与 矿山( 包括煤矿) 有关的研究成果以及计算机公司的软件系统都是主要与露天采矿有关， 很少涉及到矿井水害等问题。虽然诸如d a t a m i n e 等系统也可以应用于地下开采，但系统 的功能与我国矿井生产的实际需求相差甚远。这是西方产煤国地下开采的开采条件决定 山东科技大学硕士学位论文l 绪论 的，他们现在投产的矿井层厚，地质条件十分简单，矿井的管理模式与我国有很大的差 别，无需采用复杂的管理信息系统。 煤矿是我国的传统产业，煤炭是我国的第一能源，在国民生产中占据重要的位置。 随着我国经济体制改革的不断深入，现代化进程不断加快，为了适应煤矿现代化管理和 生产技术的发展，国内学者进行了有益的探讨，且取得了一定的成效。 北京大学遥感与地理信息系统研究所开发研制了煤矿地测空间管理信息系统，在我 国首次实现了矿山日常地质、测量等图形的一体化管理，使矿井图形的自动化处理水平 跃上一个台阶。该系统建立了专门的水文数据库，对矿井涌水量、突水资料、长观孔水 源井、抽水与水质、防治水资料等进行管理，可以快速的实现查询、更新管理和报表输 出等工作。这些工作的实现，对矿区或煤矿的突水灾害预测预报问题，起到了一定的宏 观指导作用。 1 9 9 4 年中国矿业大学资源与环境科学学院郑世书、孙亚军等以a r c i n t o 为平台， 利用地学多源信息复合方法对焦作整个东部矿区底板突水问题进行了首次预测预报，取 的了较好的效果。近几年，中国矿业大学( 北京) 的武强等以m a p g i s 为基础，结合其它 配套软件，开发了一套主要针对矿井水文地质工作的系统软件矿井水文地质信息系 统( m h i s ) 。在很大程度上实现了数据管理和处理过程的科学化、可视化。并在充分研 究现场突水资料、影响底板的突水因素和矿井突水评价方法的基础上，建立了地应力法、 模糊综合评判法、多源信息复合法等种评价模式，对指导某些煤矿的生产具有一定的成 效。但由于某些条件限制，还有待于进一步完善和改进。 1 9 9 8 年山东省兴隆庄煤矿地测中心的岳尊彩、于旭磊开发了兴隆庄煤矿水文地质数 据库，实现了对煤矿水文地质数据的录入、查询及输出，此软件的应用范围只是单个煤 矿，并且没有数据的分析内容，因此应用范围有限。 2 0 0 4 年山东科技大学魏久传、张春霞以m a p g i s 为平台，结合a c c e s s 数据库应用程 序，运用开发语言m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c6 0 开发了基于g i s 的矿井水文地质信息管 理与水害预测系统( m h p s ) ，此系统主要包括三个字系统，即水文地质数据管理子系统： 水文地质图形管理子系统；水害评价与预测子系统。这套系统主要是对山东充州杨村煤 矿的工作面进行设计和应用的。 随着计算机的日趋普及，目前大多数矿井均已建立了自己的水文地质数据库管理系 统，由于受开发时软硬件设备和设计思路的限制，编制软件系统时，使用的开发软件受当 时软件系统平台的发展状况的制约，使用的软件系统版本比较低。就数据库的开发而言， 1 些查型垫查兰堡主堂竺堡苎! 篁笙 大部分使用的是f o x b a s e 或f o x p r o f o r d o s 版本，操作界面比较单调，用户使用也很不方 便。计算机软硬件技术的飞速发展，也促进了计算机应用软件系统的更新换代。对生产矿 井而言，随着矿井生产开拓的不断进行，水文地质条件的变化，水文地质资料的大量积累， 水文地质数据库也逐渐暴露出当时设计思路的局限性和软件系统存在的缺陷性，如何改 进现有系统的局限性和缺陷性，使之更适用于煤矿现代化生产需要，已成为刻不容缓的问 题。 1 3 矿井水文地质信息系统的发展趋势 矿井水文地质信息系统是专门服务于矿井水文地质工作的专业化信息系统。一方面， 它们为矿井水文地质工作者提供了水文地质数据、信息的输入、存储、查询、统计、分 析、计算、各种报表、图件的输出以及水文地质评价、预测、预报等多方面的信息处理 手段和决策支持工具：另一方面，在矿井水文地质实践中，无论在信息分析、处理方面，还 是在管理、决策支持方面都在不断向矿井水文地质信息系统提出更高的要求。这在很大 程度上又促进了它们的进一步发展。多元化、智能化、三维可视化及多媒体化已成为矿 井水文地质信息系统发展的主要方向。 ( 1 ) 多元化发展 矿井水文地质信息系统在发展上经历了从电子数据处理系统( e d p ) 到管理信息系统 ( m i s ) ，再到决策支持系统这几个主要的阶段。电子数据处理系统或称事务处理系统，它以 计算机代替手工操作来处理一些高度结构化的、重复性的日常矿井水文地质业务，使水文 地质工作者得以从大量繁琐枯燥的一般事务性数据处理中解脱出来，极大地提高了数据 处理的效率。不过，这种系统它仅仅是对水文地质业务过程的描述，尚无法反映管理中各 种信息之间的相互关系，数据资源也不能共享。矿井水文地质管理信息系统的出现就是为 了克服电子数据处理系统的局限性，从而强化其对水文地质管理决策行为的信息支持。囊s 而，由于许多管理信息系统通常只是存储一些模型供使用，并不提供建模能力，这使得管 理信息系统面对水文地质信息需求的变化缺乏灵活性和适应性，客观上并未能提供对决 策有效的信息。因此，从本质上讲它仍属于电子数据处理系统，而这恰恰违背了建立该系 统的本来目的。这使得水文地质工作者必须重新寻求新的信息系统，于是便又出现了矿井 水文地质决策支持系统。由于决策支持系统拥有专用水文地质数据库、模型库、方法库 生查型茎查兰堡主兰竺兰茎! 堑堡 和知识库，因而使得该系统不仅可以提供一般的水文地质信息存储、查询服务，而且也可 进行复杂的计算和决策咨询。目前矿井水文地质决策支持系统正向着信息管理、分析、 处理等多元技术支持融合方向发展。以数据仓库d w ( d a t aw a r e h o u s e ) 为基础，以联机分 析处理o l a p ( o n l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ) 和数据挖掘d m ( d a t a m i n g ) 为核心技术的 决策支持系统已成为一个极具发展潜力的方向。数据仓库能够对各种复杂水文地质数据 按照其详细程度和时间进行层次结构化管理，且采用了多维数据库技术，因而和一般数据 库相比更适合于支持决策的制定。联机分析处理注重容量相对较大的聚合数据分析，可提 供灵活、快速的动态实时分析，它对矿井水文地质实时预测报警系统是一种强有力的技术 支持。数据挖掘技术则可自动分析数据或进行归纳性推理，从水文地质数据库或数据仓库 中发掘或提取隐藏在其中的潜在信息或模式，从而将其用于预测和决策行为。 ( 2 ) 智能化发展 将决策支持系统与人工智能系统各种技术相结合也是矿井水文地质信息系统发展的 一个主要方向。在矿井水文地质实践中，我们希望系统不仅能对各种水文地质数据、信息 进行一般性的统计、计算和分析处理，而且更希望它能够模仿人类大脑的思维机制或神经 系统的信息获取、处理机制来解决那些常规方法、技术所无法解决的复杂非结构性问题。 如断层、裂隙带发育与矿井突水、涌水间的关系，开采条件与顶板冒落裂隙带发育高度或 底板破坏深度间的关系均属此类问题。而这些问题又确实是生产中迫切需要解决的问题， 正是这种需求促进了矿井水文地质决策支持系统向智能化方向的发展。目前专家系统、 人工神经网络以及遗传算法这些智能技术正在为矿井水文地质决策支持系统注入新的活 力。 ( 3 ) 三维可视化发展 矿山空间实体的地质、水文地质信息具有典型的三维特性，如巷道、工作面、断层、 陷落柱、含水层、隔水层等。不仅需要表达、分析和处理它们在平面上的信息，而且还需 要描述、分析和处理它们在垂直方向的信息，而这就必须要依靠三维可视化技术。目前一 些水文地质自动成图系统还主要是基于二维可视化技术，因而在信息的表达方面还不够 完整，也缺乏直观感。在地质地理信息系统中也主要采用了二维可视化技术，而对地面或 井下三维景观的模拟通常是将z 值当作属性常数，这种数据结构是难以真正表达三维空 间数据或信息的。因此只有在三维数据结构的支持下，进行空间地质实体或景观的自动绘 制、显示，才算实现了真正意义上的三维可视化。三维可视化技术是计算机地质图形学研 究的前沿课题，也是地质地理信息系统进行三维空间分析的重要基础，更是虚拟现实 5 山东科技大学硕士学位论文 1 绪论 ( v i r t u a lr e a l i t y ) 技术的核心所在。毫无疑问，它将是矿井水文地质信息系统发展的主 流方向之一。 ( 4 ) 多媒体化发展 多媒体是指图、文、声、像的结合体。现代信息正在呈现多媒体化特征，矿井水文地 质信息也同样如此，除了常见的水文地质图文信息以外，还有诸如遥感、雷达影像信息以 及语音报警信息等。传统的或某种单一信息处理技术将无法胜任多媒体信息处理的要求， 一种能够获取、存储、处理多媒体信息的综合技术多媒体技术，将逐渐取代现有一 般信息处理技术。基于多媒体技术的信息系统将是一个高度集成的、功能强大的、高效 的、实时的智能化系统。它在矿井水文地质领域有着广阔的应用前景和发展空间。 1 4 本文的研究思路及主要研究内容 1 4 1 研究思路 矿井水文地质工作直接影响到煤矿的安全，尤其是矿井水害对煤矿生产影响极大。 我国煤矿开采历史长，积累了大量的矿井水文地质信息。面对庞大的水文地质信息，需 要有相关的矿井水害信息管理预测系统来进行高效的管理、查询和水害预测预报分析。 通过这样的系统，可以做到信息的规范管理、科学统计、快速查询和分析，从而减少水 文地质信息管理方面的工作量提高工作效率，对指导矿井生产和矿井灾害的防治具有十 分重要的意义。 m i c r o s o f t 公司于1 9 9 8 年推出的v i s u a lb a s i c6 0 中文版是当前最先进的数据库管理 软件，它将面向对象的程序设计技术与关系型数据库系统有机地结合在一起，是一种面向 对象的程序设计语言，非常适合于制作数据库应用系统，在远程数据共享、数据安全管理、 文档管理等方面具有很强的优势，是制作专业化应用程序的有力工具，具有可视化的特点， 设计出的界面美观大方，使用方便。v i s u a lb a s i c6 0 中文版形成的数据库是以a s s i i 码存 放的数据文件，在各种软件中都可直接或间接地使用，具有数据共享性，可供多种软件使用 水文地质资料。 1 4 2 主要研究内容及技术路线 依据上述分析，整个研究的总体思路为：采用v i s u a lb a s i c6 0 中文版作为水文数据 些查型茎查兰堡主堂皇丝苎! 堕笙 库管理系统的软件开发平台，结合a c c e s s 数据库应用程序，开发矿井水文地质信息管理 系统。 ( 1 ) 在原来m h p s 系统的基础上，进一步完善报表、台帐种类，在现有水文地质技术资料 管理基础上，补充新的水文地质信息内容以及相应的报表和台帐。资料录入建立和完善各 类资料数据库，对采集到的各种水文地质信息资料进行输入、编辑、删除、修改。 ( 2 ) 根据矿区、矿井对技术资料的处理要求，实现水文地质资料的综合查询。由于 v i s u a lb a s i c6 0 支持中文字段名，由用户选定查询的数据库文件名，根据数据库的中文名 字段，由用户设定字段组合、查询条件和查询输出内容，利用v i s u a lb a s i c6 0 中的关系查询 算法得到查询结果，可以屏幕浏览，也可输出到w o r d 、e x c e l 中输出以及打印。 ( 3 ) 在数据分析中，主要是对矿区的突水点分布、涌水构成、突水类型、突水水源、 突水通道、突水方式以及矿区的降雨量进行分析成图，以分析、总结煤矿区突水的规律。 ( 4 ) 充分利用v i s u a lb a s i c6 0 数据库语言的可视化特点，建立可视化操作界面，实 现数据信息的可视化录入、编辑、删除、维护等功能。运用了v i s u a lb a s i c6 0 的可视化 特点，首先生成可视化用户界面，然后修改界面对象属性、优化对象布局、增加对象事件驱 动程序，形成系统最终的用户界面。在系统设计制作时，尽量让用户做最少的事，让计算机 做剩下的工作。因此，在进行界面设计时，以用户为中心。 ( 5 ) 对矿井水文地质信息管理系统的应用( 以新汶矿区为例) ，依据矿井水文地质信 息管理系统的各种动态曲线以及图件，分析、总结出新汶矿区突水的规律。 具体技术路线流程图如图卜l 。 数据分析处理 i 蛩 系 数据输入编辑 统 报 堑t 岜一各种报表及查询结果i 表 l 查兰兰垦望型卜_ j 数据检索查询 输 出 动态曲线绘制l 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 2 1 系统总体设计的原则 2 1 1 系统模型选择和设计原则 软件开发过程模型对软件工程的发展和软件产业的进步，起到了不可估量的积极作 用。软件开发过程模型主要有两种：瀑布模型和渐增模型。瀑布型开发方法遵循软件生 命期的划分，明确规定软件计划、需求分析、软件设计、软件编码、软件测试和软件维 护六个阶段的任务，比较适合于在软件需求比较明确、开发技术比较成熟、工程管理比 较严格的场合下使用。软件渐增型开发方法允许从部分需求定义出发，先建立一个不完 全的系统，通过测试运行整个系统取得经验和反馈，加深对软件需求的理解，进一步使 系统扩充和完善。如此反复进行，直至软件人员和用户对所设计的软件系统满意为止， 如图2 1 所示。根据系统软件开发实际情况，矿井水文地质信息管理系统的开发过程采 用渐增模型。 图2 - 1 软件开发过程的渐增模型 为了充分突出矿井水文地质信息管理的新颖性和实用性，设计的根本原则是： 实用性原则：密切结合生产实际，避免华而不实的功能设计，为用户提供必要的 功能，确保系统的数据录入和输出方便快捷。 人机界面友好原则：采用面向对象的界面设计方法，尽量采用中文界面，使用户 经过短期培训和学习就可掌握系统的操作，从而提供系统的实用性。 集成化、可视化原则：在多个系统集成的基础上实现系统操作可视化、计算成果 可视化。 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 可扩充性原则：为了满足系统的长远目标和后期项目的连续性，在系统功能设计 方面留有足够的余地。 标准化、规范化原则：系统设计和构造时应充分应用煤炭行业和相关行业的有关 标准、规程和相应的规范。同时，还要遵循数据采集制度化、信息形式标准化、信息内 容系统化、信息存储档案化、信息传递规范化，达到信息横向、纵向贯通一致，数据共 享的目的。 2 1 2 系统的目标 矿井水文地质信息管理系统必须包括一个强有力的软件支持环境，即可为科研生产 提供灾害数据信息，又可为行政管理部门提供宏观决策服务。它包括如下功能： ( 1 ) 数据信息采集和维护； ( 2 ) 数据信息查询和分析； ( 3 ) 图形生成和图形编辑： ( 4 ) 数据信息输出。 矿井水文地质信息管理的开发应具有较高的起点，充分使用现有的软件成果，避免 软件开发的重复性。软件开发的主要任务集中于数据采集( 相关水文地质数据输入、查 询、分析以及数据类型转换等) 、信息检索、数值分析评价模型、图形生成与显示等功能。 2 2 系统总体结构 在对煤矿水文地质资料输入、查询、分析成图、输出的整个过程分析和研究的基础 上，把该系统分为以下三个主要部分： 1 数据库模块 数据库模块主要包括：数据输入编辑模块和数据查询模块 ( 1 ) 数据输入编辑模块 数据输入编辑模块的设置旨在建立和维护煤矿水文地质数据库，是矿井水文地质信 息管理系统数据采集和管理的基本模块。根据煤矿水文地质工作的需要，本次工作主要采 集有关矿区水文、气象、钻孔、地质、抽水、矿井、当地历史开采、防治方面的数据。 ( 2 ) 数据检索查询模块 数据检索查询模块是该系统的核心，由用户选定查询的数据库文件名，根据数据库的 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 中文名字段，由用户设定字段组合、查询条件和查询输出内容，利用v i s u a lb a s i c6 0 中的 关系查询算法得到查询结果，操作灵活，查询速度快，结果准确。使用该模块可查询出 所有符合条件的记录，可以屏幕浏览，也可输出到w o r d 中输出以及打印。 2 数据分析及动态曲线绘制模块 这个模块是该系统的核心。它们的开发和应用，是管理系统应用中的更高层次，是 从单纯的数据及数据库管理走向为煤矿生产提供决策支持服务关键性的一步。数据分析 及动态曲线绘制模块的设置旨在便于煤矿水文地质工作者和生产决策人员直接应用数据 库系统进一步定量分析矿井水害的特征，为煤矿安全生产、防治水以及矿区水资源的开 发和利用提供科学合理的决策依据。在本模块中主要是绘制相关曲线图、直方图等与矿 井水害有关的动态曲线和图件，开发的此模块是一个动态的成图过程，它随着数据库中 数据( 信息) 的增加或改变，所形成的图形也会相应的发生改变，以帮助生产技术及决策 人员迅速、及时、准确地分析和预测矿井水害的动态特征，对煤矿安全生产起到一定的辅 助决策支持作用。 3 系统数据输出模块 该模块是为满足煤矿生产管理标准化的需求而设置。它可完成对数据库中所有数据 和信息按一定的格式进行打印输出。开发的此模块是一个动态的报表输出过程，它随着数 据库中数据( 信息) 的增加，报表中的记录个数也相应增加。 系统的功能结构图如图2 2 ： 区亘巫噩豆堑团 j 匦厶遗 图2 - 2 矿井水文地质信息管理系统功能结构图 任何信息系统都是以数据为基础，并把数据作为处理对象，因此在系统设计中弄清 楚整个系统的数据流程是十分必要的。矿井水文地质信息管理系统的数据流程图如图 2 3 ： 山东科技大学硕士学位论文 2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 图2 - 3 系统数据流程图 2 3 系统功能分析及结构设计 矿井水文地质信息管理系统的主要功能是水文地质原始资料的输入、基本水文地质 资料的查询、相关水文地质资料的可视化分析以及水文地质资料的输出，核心任务是： 对矿井水文地质信息资料的管理实现科学化、系统化、规范化，从而使矿井的防治水工 作由被动变为主动，生产将更加安全高效，为生产单位和管理部门对矿井水文资料的更 新查询、检索及分析使用提供一条更加快捷有效的途径。 本系统以矿井水文地质信息的数据管理子系统中的数据检索查询和分析、成图子系 统为核心，提供了输入、查询、分析、输出等实用而丰富的管理功能。 2 3 1 系统功能分析 系统开发的总体目标是实现矿井水文地质信息管理和分析的系统化、规范化和自动 化。 所开发的矿井水文地质信息管理系统需要完成的功能主要有： 1 数据库的初始化，系统自动生成包括如下输入资料的钻孔原始数据库、矿井涌水 资料数据库、水文观钡u ：y l 观测资料数据库、矿井突水资料数据库、矿井抽水资料数据库、 井下水文钻孔资料数据库、水源井资料数据库、水质分析资料数据库、历年降水量资料 数据库等数据库的结构和框架。 2 水文方面原始信息的输入、编辑查询和分析，包括输入突水点数据资料、地表水 体数据、测水站观测数据、水质成果数据、水害隐患数据、工作面水情情况数据、水源 1 1 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 地使用情况调查台帐数据等。 3 气象方面原始信息的输入、编辑、查询和分析。 4 钻孔方面原始信息的输入、编辑、查询和分析，主要有：钻孔基本资料数据、钻 孔综合确定成果数据、漏水钻孑l 资料数据、钻孔封闭质量数据、钻孔水位动态观测数据、 钻孔启封资料数据。 5 抽水方面原始信息的输入、编辑、查询和分析，主要有检查孔抽水试验成果数据、 水源井抽水试验数据以及抽水井试验数据。 6 地质方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有断层水害数据、采掘进尺与煤 厚数据。 7 矿井方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有矿井隔离设施情况数据、矿井 排水能力数据、矿井边界隔离情况数据、矿井年度涌水量数据、矿区年度涌水量数据。 8 矿区历史开采资料的输入、编辑、查询和分析，主要有老窑、老空水情况数据。 9 防治方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有防治水工程年度计划数据和防 治水工程月计划数据。 1 0 输出成w o r d 表格或e x c e l 表格，实现数据库中所有数据资料向w o r d 表格或e x c e l 表格的转换。 1 1 备份数据库资料，把输入的数据资料进行备份，以备有关数据发生不测时使用 2 3 2 系统功能模块设计 对上述各项功能进行集中、分块，按照结构化程序设计的要求，分为数据管理、分 析、成图、输出三个大的模块，以实现对矿井水文地质资料的有效管理。水文地质信息 管理系统功能模块如图2 - 1 所示。 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 1 3 团卷辎疆薄蟋睡【山团 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 2 4 系统开发实现方式 2 4 1 系统开发的环境配置 矿井水文地质信息管理系统是利用m i c r o s o f t 公司的v i s u a lb a s i c 开发的，它将面向对 象的程序设计技术与关系型数据库系统有机地结合在一起，是种面向对象的程序设计 语言，非常适合于制作数据库应用系统，在远程数据共享、数据安全管理、文档管理等方面 具有很强的优势，是制作专业化应用程序的有力工具。本次设计就是应用v i s u a lb a s i c 与 a c c e s s 数据库相界结合开发的。下面就a c c e s s 的特点进行简单的介绍并对系统环境设置 进行分析。 ( 一) a c c e s s 简介 a c c e s s 是和其他o f f i c e 办公软件集成使用的小型数据库信息处理系统，和其他关系 型数据库系统相比，a c c e s s 的最大优点是简单易用，操作方便，易于和其他办公软件相 互交换数据。作为关系型数据库系统，a c c e s s 具有如下特点： ( 1 ) 易学易用，快速开发，简化用户的开发工作。a c c e s s 使用与w i n d o w s 完全一 致的风格，、使用面向对象的概念，从而简化了用户的开发工作，使用户通过直观的操作， 可轻松完成数据管理工作。 ( 2 ) m i c r o s o f ta c c e s s 是一个开放式的数据库系统。a c c e s s 与其他o f f i c e 软件高度 集成，它支持多媒体技术，可在a c c e s s 数据库中存放声音、图片，甚至动态图象等多媒 体对象。 ( 3 ) 性能比合理的小型数据库系统。a c c e s s 可构成客户朋匪务器结构中多用户环境 下关系型数据库编程的强有力工具，是一个对用户友好、灵活的客户端界面，它结合了 关系型数据库管理系统的强大功能和直观的用户控制。 ( 4 ) a c c e s s 是一个多用户桌面关系数据库管理系统，同局域网中的多个用户可 以同时访问一个a c c e s s 数据库。a c c e s s 将强大的关系型数据库管理系统功能与直观的用 户控制结合起来。 ( 三) 系统环境分析 实现以上所设计的系统功能时，通过面向对象的可视化编程语言v b 利用d a o 和 a d o 技术调用a c c e s s 数据库，实现矿井水文地质数据的输入、编辑、查询、分析和输 出等功能； 山东科技大学硕士学位论文 2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 由以上分析可知。本系统的运行环境为： ( 1 ) 硬件环境 主机：p c 微机，c p u 2 6 6 m h z 以上，内存3 2 m b 以上，4 g 以上硬盘，v g a 或更高 分辨率显示器； 输入设备：键盘、鼠标、软驱、光驱等常规的信息采集及读取设备，必要时需配备 数字化仪、扫描仪等设备； ( 2 ) 软件环境 操作系统：w i n d o w s9 8 2 0 0 0 ； 相关软件：m i c r o s o f t a c c e s s9 7 或更高兼容版本； 开发语言：v i s u a lb a s i c 。 2 4 2 系统开发语言 结合现代化矿井的管理模式，以及作者对开发语言掌握的实际情况，本论文选用 v i s u a lb a s i c 作为此次开发的主要语言。v i s u a lb a s i c 是一种面向对象的在w i n d o w s 平台 上广泛使用的可视化编程语言。它借助部件对象模式，利用它可以很方便地建立应用程 序的可视化界面。v i s u a lb a s i c 语言继承了b a s i c 语言的优点，同时采用了面向对象的技 术，使得它所支持的数据类型和能够定义的数据结构相当丰富。因而，在实现矿井水文 专业算法上它具有更大的灵活性和优势。 另外，v i s u a lb a s i c 提供了强有力的数据库存取能力，将w i n d o w s 的各种先进特性 与强大的数据库管理功能有机的结合在一起。在v i s u a lb a s i c6 0 中可以使用两种数据访 问技术，即d a o ( d a t a b a s ea c c e s so b j e c t ) 技术和a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ) 技术# 三种数据库访问方式：a c c e s s 数据库引擎、m i c r o s o f to d b c 驱动程序、第三方o d b c 驱动程序；可以访问m i c r o s o f t a c c e s s 、b t r i e v e 、d b a s e 、m i c r o s o f tf o x p r o 、p a r a d o x 、m i c r o s o f t e x c e l 和标准a s c i i 文件。对v i s u a lb a s i c 而言，其标准内置为m i c r o s o f t a c c e s s 数据库， 它可以提供不弱于专业数据库软件的功能，可以进行完整的数据库维护、操作及事故处 理。v i s u a lb a s i c 数据库的核心结构是m i c r o s o f tj e t 数据库引擎。j e t 引擎为a c c e s s 格 式数据库提供了直接的内建( b u i l d i n ) 支持，是v i s u a lb a s i c 对a c c e s s 数据库提供丰富 支持的真正原因。 在开发过程中以v i s u a lb a s i c 语言编制系统界面、调用a c c e s s 数据库实现有关数值 计算、完成对数值计算的前后处理。 15 山东科技大学硕士学位论文2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 2 4 3 系统界面设计 应用系统提供友好的用户操作界面，不仅仅是使系统有漂亮的外观包装，主要是方便 用户使用，与传统的程序设计者编写大量的应用程序来生成菜单和窗e l 不一样。利用 v i s u a lb a s i c 6 ，0 这一面向对象的数据库产品提供的菜单和表单设计器，把菜单驱动、窗口 显示、对话框提示全部包含进来，提供给用户一个可视化的操作界面，并且可用鼠标进 行操作。 系统界面是用户和软件交互的窗口，良好的界面使用户更加易于操作和接受软件。 因此，软件界面设计，特别是面向一般用户的应用软件的界面设计，在系统开发中占有 非常重要的作用。一个好的矿井水文地质信息管理系统不但要界面友好，而且应该易于 操作，因此在系统界面设计时考虑如下原则： 一致性原则：即界面与用户想法一致。界面的概念表达应尽可能接近用户的想法， 使用户能很自然地操作；另一方面是控制应用方式的一致，相同类型的信息采用类似的 表达方式。 灵活性原则：即灵活地适用于不同用户的需求，提供多种方式供用户选择。 反馈性原则：实时地向用户提示系统正在进行的情况，同时要求系统具有强大的 容错功能。 同时，在界面设计过程中应考虑两方面：一是软件使用者的水平；二是软件自身的 功能结构。前者是重要的外在因素，后者是界面设计的根本依据。此软件的界面结构采 用一个主控界面，在工作环境中采用多级菜单与命令按钮相结合使用，多级菜单最多涉 及到四级。在工作过程中，完成每项工作都采用方便易用的多个对话框来让用户输入数 据或选择参数，以实现具有工作流程导向性的人机交互，为用户的使用提供极大的方便。 其工作流程如图2 4 ： 图2 - 4 系统工作流程图 2 4 4 数据来源和数据类型 任何一个信息系统都是以数据为基础的，在软件实现和运行过程中，系统的数据组 1 6 山东科技大学硕士学位论文 2 矿井水文地质信息管理系统总体设计 织( 逻辑结构和物理存储结构) 起着极其重要的作用。系统数据的组织方式决定着系统 功能实现、开发和运行效率。 1 数据来源 该系统的数据主要是矿井水文地质观测资料 主要包括钻孔原始资料、矿井涌水量资料、水文观测孔资料、矿井突水资料、矿井 抽水资料、井下水文钻孔资料、水源井资料、水质分析资料、历年降水资料、老窑、老 空水资料和防治水资料等。 数据记录的输入功能是本系统的基础，以用户使用方便为出发点，同时兼顾系统的 完整性，开发出了键盘输入和自动输入两种数据记录输入方式。这样可以使各种数据由 键盘直接输入，从而减少了重复输入数据的工作量。对于有些字段，要求的数据比较固定， 只有可供选择的几种，用选择的方式要比手动输入方便的多。下拉列表框的方式输入数 据，不仅速度快，而且准确无误，便于查询。 虽然建立基础数据库的工作比较繁重，但它是该系统的重要组成部分，一旦建立就 可供各模块进行数据共享。对于各种观测数据，可通过信息