（环境科学专业论文）基于gis的淮南矿区矿井水害应急救援信息管理系统研究.pdf

m i n ew a t e rd i s a s t e r se m e r g e n c yr e s c u e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng i s a b s t r ac t t h ec o a li n d u s t r yi st h eb a c k b o n ei n d u s t r ya n dc o a li st h ep r i m a r ye n e r g yi nc h i n a i n r e c e n ty e a r s w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o a lm i n i n gd e p t h i n t e n s i t ya n dt h ee x p l o i t a t i o no f s c a l e c o a lm i n i n gi su n d e rt h e s e r i o u s t h r e a to fg r o u n d w a t e r t h ec o a l m i n es a f e t y p r o d u c t i o ns i t u a t i o ni sn o to p t i m i s t i c c o a lm i n ed i s a s t e r sa n da c c i d e n t so c c u rf r e q u e n t l y e s p e c i a l l yt h ew a t e rh a z a r d sa c c i d e n t a n db r i n gt h eg r e a tl o s s e st op e o p l e ss e c u r i t ya n d p r o p e r t y s ow es h o u l dp a ya t t e n t i o nt os t u d yt h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fc o a lm i n e a c c i d e n t e s t a b l i s he m e r g e n c yr e s c u es y s t e m m a k ee m e r g e n c yr e s c u ep l a n a n dt h e nr e d u c e t h ea c c i d e n tl o s s y e ta tt h em o m e n t t h ec o a im i n er e s c u em a n a g e m e n ts y s t e ma r en o t p e r f e c t e m e r g e n c yr e s c u ef o r c e ss c a t t e r e m e r g e n c yd i r e c t i n gf u n c t i o n so v e r l a p p i n ga n d e m e r g e n c yu n i t sm a n a g e m e n ti sw e a k r e s p o n s es l o w l y e m e r g e n c yr e s c u ei n f o r m a t i o n s h a r i n gd i f f e r e n c e m a n a g e m e n td i v e r s i f i c a t i o n e m e r g e n c yp l a no p e r a t i o n a ld i f f e r e n c e a n d r e s c u ee f f i c i e n c yl o w a f t e rr e f e r r i n gt om a n yr e l a t i v el i t e r a t u r e sa b o u tt h ec o a lm i n eg r o u n d w a t e r p r e v e n t i o na n dr e m e d y t h i sa r t i c l ec h o o s e st h eh u a i n a nc o a l f i e l da st h er e s e a r c h a r e a a c c o r d i n g t ot h ed a t aa n dm a t e r i a lo ff i e l di n v e s t i g a t i o na n dc o l l e c t e d a n dt oo r a c l e a st h eb a c k g r o u n dd a t a b a s e c h o o s ea r c g i sf o rg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m p l a t f o r m a tt h es a m et i m e m a k eu s e o fa d v a n c e dc o m p u t e rn e t w o r k i n gt e c h n o l o g ya n d g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m g i s t e c h n o l o g y b a s e do np r e v e n t i n gw a t e rf o u n d a t i o n i n f o r m a t i o nd a t a b a s ea n de m e r g e n c yr e s c u ei n f o r m a t i o nd a t a b a s e a n dt h e nc o m b i n e d b u s i n e s sp r o c e s sa n du s eb sm o d e lt od e s i g nt h ec o a lw a t e rd i s a s t e re m e r g e n c yr e s c u e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m a n dt h e nm a k et h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo f t h em i n e w a t e ri n f o r m a t i o na n d e m e r g e n c y r e s c u eo fi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts c i e n t i f i c s t a n d a r d i z a t i o na n da u t o m a t i o n a tt h es a m et i m e f o re m e r g e n c yc o m m a n ds t a f fd e t e r m i n e s t h er e s c u ep l a np r o v i d ea u x i l i a r yd e c i s i o n i nt h i sp a p e r t h ed e s i g n e ds y s t e mo fm i n ef l o o de m e r g e n c yr e s c u em a n a g e m e n tc a n r e a l i z et h em i n eh y d r o g e o l o l g yd a t aa n dd o c u m e n t a t i o nm a n a g e m e n t a sw e l la se m e r g e n c y r e s c u ei n f o r m a t i o ns h a r i n g i ti n c l u d e sp r e v e n t i n g w a t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t e m e r g e n c yr e s c u ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n dt h eb a s i cg i sf u n c t i o n u s e r sc a ni n q u i r e t h er e l a t e di n f o r m a t i o no fw a t e rb u r s t i n gp o i n tq u i c k l ya n de a s i l yb ym e a n so fa c c e s s i n g d a t a b a s e s f o re x a m p l e t h ew a t e rb u r s t i n gd a t e s o u r c ea n ds i t e a n dm a r k e r si t sp o s i t i o no n t h em a p s oa st oh e l pu s e r su n d e r s t a n dt h em a i nt y p e sa n di t sh a z a r d so ft h em i n e t h e m o d u l ec a l lm a n a g e m e n te m e r g e n c yp e r s o n sa n dm a t e r i a l se f f i c i e n t l y c l e a r l yd e f i n e w o r k i n gr e s p o n s i b i l i t y a n di m p r o v ee m e r g e n c y c o o r d i n a t i o na n dr e s c u e e f f i c i e n c y m e a n w h i l e t h em o d i f i c a t i o na n dp e r f e c t i o no ft h ep l a na r ed i s c u s s e di nd e t a i l i na d d i t i o n t h es y s t e ma l s oh a st h eu s e rm a n a g e m e n tf u n c t i o nt oc o n t r o lt h ei j s e r 8l o go na n do p e r a t i n g a u t h o r i z a t i o n b a s e do nt h ea b o v er e s e a r c h a n do nt h eb a s i so fd e s i g nh a ss e tu pac o m p l e t ea n d e f f e c t i v ee m e r g e n c yr e s c u em a n a g e m e n ts y s t e m n l ea c c i d e n th a p p e n e di nt h ef l r s tt i m e m o b i l i z ee m e r g e n c yr e s c u ee f f o r t s o r g a n i z e dr e s c u e m a k i n ge m e r g e n c yr e s c u es c i e n t i f i c e f f i c i e n c y t ot h et a r g e t e d t h ea c c i d e n th a r md e g r e ew i l lb er e d u c e dt oam i n i m u m a n d p r o t e c t i n gt h ep e o p l e sl i f ea n dp r o p e r t ys e c u r i t y m a i n t a i ns o c i a ls t a b i l i t ya n dp r o m o t e e c o n o m i cc o m p r e h e n s i v e h a r m o n i o u sa n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t k e y w o r d s e m e r g e n c yr e s c u e e m e r g e n c yp l a n g i s i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m 致谢 在论文完成之际 首先要感谢我的导师钱家忠教授 导师严谨的学术态度 一丝不苟的科研精神 渊博的知识 使学生铭记于心 终身受益 三年来 导 师不仅传授我知识 给予我指导和关心 更以其师长风范教育我如何做人 做 事 在完成整个毕业论文期间 导师更是倾注了大量的心血 从论文选题 开 展调研到定稿一直在予以指导和修正 使得我的论文任务能如期圆满完成 在 此 谨向导师表示我真诚的感谢 知识宽广 渊博的赵卫东老师在论文的写作和完成期间在技术和理论上给 予了大量的指导 在此向您表示衷心的感谢 感谢资源与环境工程学院的领导和其他老师为我们的毕业实习和论文设计 提供了良好的环境和服务 研究生三年来他们为培养我们都一直辛勤地工作 在此向学院领导和老师们表示深深的感谢 感谢陈舟 马雷 张春雷 潘婧 周小平 曹雪春 林曼丽等师兄师姐对 我学习上的帮助及生活上的关心 感谢高志强 杨丹丹 杜奎 周春寅 闰 珍 徐嫒 张秀云 张明轩等同学在项目工作及论文写作过程给予的支持和帮 助 感谢淮南矿业集团李佩权教授级高工 刘登宪教授级高工 武兴楼老师在 论文的数据采集和现场认识方面给予的关心与帮助 在此表示由衷的感谢 感谢我的家人在我学习过程中给予的支持和关爱 特别感谢黄岂成同学对于我学习上的支持和生活上的关心和照顾 再次向所有帮助过我的人们表示由衷的谢意 谢谢他们在我的研究生就读 期间给予的关心和帮助 愿身体健康 万事如意 插图清单 图1 1 技术路线图 5 图2 1b s 模式结构图 6 图3 1 空间数据的特点 9 图3 2 数据库设计流程图 1 2 图3 3 矿井水害应急救援数据库空间e r 图 1 3 图3 4 数据库建库流程图 l7 图3 5 建立的防治水信息数据库 1 7 图3 6 建立的水害应急救援数据库 18 图4 1 按应急预案的适用对象范围分类 1 9 图4 2 预案基本结构图 2 0 图4 3 预案的组成 2 2 图4 4 矿井内部事故汇报流程 2 8 图4 5 集团公司事故汇报流程 2 9 图4 6 事故响应具体流程 31 图5 1 系统登录界面 3 5 图5 2 用户名或密码错误提示框 3 6 图5 3 集团公司管理人员进入系统的界面 3 7 图5 4 新庄孜矿人员进入系统的运行界面 3 7 图5 5 管理员登录 3 8 图5 6 系统功能结构图 3 9 图5 7 防治水信息管理菜单 4 0 图5 8 突 出 水信息窗口 4 1 图5 9 突 出 水信息查询条件及结果 4 l 图5 1 0 突 出 水信息自定义查询 4 2 图5 1 1 水质信息录入窗口 4 3 图5 1 2 水质查询窗口 4 3 图5 1 3 报表打印模块 4 4 图5 1 4 老矿区防治水文档标准化 4 5 图5 1 5 新矿区防治水文档标准化 4 6 图5 1 6 预案管理窗口 4 7 图5 1 7 现有预案的管理 4 7 图5 1 8 预案查询窗口 4 8 图5 1 9 预案编制模板 4 9 图5 2 0 预案执行程序 5 0 图5 2 1 应急资源 5 2 图5 2 2 应急资源录入 5 3 图5 2 3 应急人员查询 5 3 图5 2 4 应急设备查询 5 4 图5 2 5 相关文档 5 4 图5 2 6 煤矿安全相关的法律法规 5 5 图5 2 7 绘图与测量 5 6 图5 2 8 空间查询 5 7 图5 2 9 突水点自定义空间查询 5 7 图5 3 0 图层控制器 5 8 表格清单 表3 1 水害事故信息表 1 4 表3 2 应急预案信息表 1 4 表3 3 应急单位信息表 1 4 表3 4 矿井应急人员信息表 1 4 表3 5 矿井应急物资设备信息表 1 5 表3 6 专家信息表 15 表5 1 事故记录表 5 0 表5 2 事故确认表 51 表5 3 启动预案表 51 表5 4 本企业救援人员及装备登记表 5l 表5 5 井下人员统计表 一5 2 第一章绪论 i i 研究背景及研究意义 我国煤炭资源丰富 煤炭资源的开发利用是我国国民经济发展的重要组成 部分 1 2 3 4 矿井水文地质工作在煤矿生产中是极为重要的 直接影响到煤矿的 生产安全 我国煤矿开采历史长 许多煤田水文地质条件十分复杂 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 矿井水文地质信息是一种与时间变化密切相关的 动态变化的 并与空 间位置密切相关的信息 对其进行科学地存储 管理以及预测和分析是一项巨 大的系统工程 所涉及的数据信息海量 同时信息的种类也十分繁多1 5 因此 需要有相关的矿井灾害信息管理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 6 7 8 9 应用现代科学技术和先进的方 法 科学合理地分析矿井水文地质信息 提出一种矿井水文地质空间分析方案 从而为有关领导部门的正确决策提供科学依据0 0 在应急救援方面 国家也出台了一些政策和规定 国务院于2 0 0 3 年5 月第 7 次常务会议通过 突发公共卫生事件应急条例 于2 0 0 6 年颁布了 国家突 发公共事件总体应急预案 矿山事故灾难应急预案 2 0 0 7 年颁布了 中华 人民共和国突发事件应对法 另外各个省也有相应的应急预案 安徽省2 0 0 7 年颁布了 安徽省煤矿安全生产事故应急救援预案 因此为了响应国家及地方 政府的政策 应急预案的编制势在必行 同时建立应急救援系统能够更好地管 理预案 1 1 规范安全生产事故灾难的应急管理和应急响应程序 及时了解各种 救援物资信息 及时对事故实施救援 从而最大程度地减少人员伤亡 财产损 失 维护人民群众的生命安全和社会稳定 水害是影响煤矿安全生产的五大自然灾害之一 矿井一旦发生突水 如何 最大程度地降低事故损失 是进一步解决和预防矿井突水的主要问题 应急救 援可以加强对水害事故的处理能力 建立应急救援系统 制定应急救援计划 在水害事故发生的第一时间 根据预先制定的应急处理的方法和措施 能够临 变不乱 高效 快速的做出应急反应 及时组织实施应急救援行动 有效的减 少经济损失和人员伤亡 我国煤炭行业的应急救援系统的工作开展较晚 水平相对落后 我国煤矿 事故应急管理体系目前没有专项的安排 具体运行和管理依据的是 国家安全 生产事故灾难应急预案 d 2 在2 0 0 7 年采矿科学与安全技术国际学术会议上 专家一致认为 建立矿山应急平台及创新体系十分紧迫 应急平台建设是完善 国家应急预案的重要工具和基本保证 由此可见建立煤矿事故应急救援系统具 有十分重要的意义1 1 3 1 4 j 1 本文设计研究的系统是依托 淮南矿业集团矿井水害防治信息与决策系统研 究 项目开展的其中一个子系统即矿井水害应急救援管理系统 建立的应急救 援管理系统不仅加强了对水害应急预案的管理 丰富和完善了水害应急救援体 系 而且可以在水害发生第一时间内为现场救援指挥人员提供辅助决策 有效 实施事故救援 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1 国内外研究现状 1 矿井水文地质信息管理系统研究现状 在国外的能源结构中 煤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 有关的研究技术成果以及计算机软件系统主要与露天采 矿有关 虽然诸如d a t m a n i 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的 1 5 1 6 为了适应我国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 并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 1 7 1 8 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 1 9 2 0 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 2 1 2 2 等以 a r c i n f 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一矿井水文地质信息系统 m h i s 2 3 2 4 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 2 5 1 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1 2 6 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1 6 2 丌 毕明丽 7 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 个子系统 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 2 矿井灾害应急救援管理系统研究现状 国外在应急救援方面 一些国家有自己的应急防灾机制 2 8 2 9 3 0 英国协调 多部门应对 英国各地区都设有紧急规划机构 负责地区危机预警 制定有关 计划和进行应急培训 俄罗斯设立紧急情况部 每当有重大事件发生 俄罗斯 紧急情况部的人员总是最先赶到现场 新加坡实施民防计划 新加坡民防部队 成立于1 9 8 2 年 是国家紧急预案处理的先头部队 它由正式官员 专职国家公 务员 民防公务员和志愿者组成 是隶属新加坡内政部的独立部门 2 0 0 2 年 民防部队增设了意外指挥和控制总部p l 强j 我国矿井灾害应急救援是矿井安全工作的重要组成部分 近几年 随着矿 井安全监察体系的逐步健全与完善 安全投入的逐年增加 我国矿井应急救援 技术有了较大发展 应急救援能力随之提高 我国各种矿井监测监控技术发展 较快 监测监控产品涉及到矿井安全生产的各个方面 从而大大提高了矿井安 全防治水平 部分产品同时也具备了为事故救援提供服务韵能力 然而矿井事 故的应急救援本身就是一个大的系统工程 根据发生事故灾害的类型 事故可 能引起的破坏程度 发生事故的矿井地质条件等的不同 所采用的救援技术和 装备也不尽相同 同时救援方案的确定 技术与装备的采用都需要在短时间内 做出准确的判断和协调管理 才能真正达到应急救援的目的1 3 3 3 4 近几年 我 国已采用互联网地理信息系统 w e b g i s 技术开发出基于浏览器的数字地图抢 险救援预案编制技术 该项研究解决了网络数字地图制作难题 能够直接在屏 幕数字电子地图上编制生成抢险救援图层 救援图层可通过网络收发 从而实 现网络抢险救灾调度图形化管理 为建立了网络化抢险救灾调度指挥系统提供 了核心技术支持 我国研制成功的k t w z 型矿用救灾无线电通讯装置 实现了 井上指挥人员 井下指挥人员 救护队长和队员等4 方相互通话 目前的救援 装备与机具的研究主要有 z d y 4 0 0 0 s 型全液压救灾钻机 e b z l 2 0 q x 型井下 快速抢险掘进机 井下救灾轻便机具的研究 遇险人员定位仪的研究 在应急救援管理体系构成方面 陈安系统地论述了应急管理的主体 客体 以及突发事件的发生 发展 演化机理 3 5 赵红和汪亮通过对 美国联邦应急 计划 的研究 提出我国建立应急管理体系的三点建议 建立常设的国家 省 地区三级突发事件应对机构 建立突发事件应急资源管理体系 制定相应的法 律 法规 3 6 1 在应急资源调配方面 刘春林从多出救点和路径选择两方面系统 地研究了应急管理中的紧急资源调度问题 建立了此问题的广义模型 并给出 了多种条件下 如确定和不确定网络信息 最优方案的求解算法 37 1 在应急管理 评估方面 姚杰 3 8 等在机构静态能力分类分级的基础上 利用带有潜变量结构 方程模型 来对机构做综合保障能力的分类分级 并对预案的编制问题做了探 讨 1 2 2 存在的问题 近几年来 我国在煤矿应急救援方面已经逐步建立了一些应急救援机构和 应急救援队伍 并购置了一定的应急救援物资和设备 然而在救援能力和综合 协调能力上还存在一些问题 3 9 4 0 4 1 1 应急救援力量分散 应急指挥职能交叉 各个部门都有一定的应急救援力量 并且根据自身灾害特点建立了相对独 立的应急体系 因此救援力量比较分散 难以相互协调和统一指挥 由于应急 力量分散 当发生涉及多种灾害或者跨地区的重大事故时 仅仅依靠某一部门 的救援力量和资源 往往不能最大限度的抢救事故 而临时组织外部救援力量 则存在职责不明 体制不顺 针对性不强等问题 难以发挥整体救援能力 2 应急管理薄弱 应急反应缓慢 有些部门并没有建立明确的应急管理机构 整个应急救援体系缺乏统一的 规划和指导 造成应急能力和管理水平的参差不齐 导致应急资源配置上的浪 费 有的地方虽然建立了有些应急机构 但是对应急队伍的建设 以及应急救 援设备的配备 维护和应急响应机制等缺乏有效的管理 也没有建立完善的应 急信息网络化管理和有效的技术支持体系 导致应急反应迟缓 应急能力低下 3 应急预案操作性差 应急难以有序进行 目前我国已经颁布了不少关于应急的法律法规 各个省 市等地区和部分 企业也编制了相应的应急预案 但是这些预案可操作性差 存在一些缺陷 主 要有预案的需求分析不足 预案的框架结构域层次不尽合理 责任与功能不够 清晰明确 包括分级响应和应急指挥在内的运作程序缺乏标准化规定等 1 3 研究内容与技术路线 1 3 1 研究内容 1 收集并整理研究区的勘探 监测资料 包括建井前 建井期间和矿井 生产期间的各种地质资料 水文地质资料以及地下水动态资料等 并制作研究 区相关图件 同时将研究区各种文字数据资料 以及矿井充水性图 矿井综合 水文地质图 地层柱状图等各种图件进行数字化 2 将电子化的防治水文字资料标准化 建立索引路径 建立防治水信息 数据库 便于信息的查询和检索 同时建立防治水图件空间数据库 防治水案 例库 3 针对现有总体预案编制不同级别 不同水害类型的应急救援预案 如 老空水害应急预案 井筒水害应急预案 底板水害应急预案等 应急预案的启 动程序 应急响应的标准和程序 设计应急指挥与协调子模块 包括总指挥部 以及下设的专业组 恢复和后期处置子模块 4 在建立好的各种数据库基础之上 进行系统的总体设计与开发 功能 模块的开发与集成 最后通过编码实现矿井水害应急救援信息管理系统 1 3 2 技术路线 4 本文通过收集 分析矿井的水文地质情况以及以往的水害应急救援预案 同时对系统进行了初步调研分析 调查用户的实际情况 明确了用户需求 设 计了系统的整体框架 建立了矿井防治水信息数据库和应急救援信息管理数据 库 最终开发实现了矿井水害应急救援信息管理系统 本文的技术研究路线如 图1 1 所示 融螓蒸爱删 黪i 镪 n 一 e 潮 j r上 誊篱攀麓蒸i隧i 蒸攀舞寨 1 l 系统设臻筹i 警誊 一 一 誊麓i 山 萋麟艨j麟攀 i 上 上 1 r 浮溉融j i 甏囊戮黧 三云 系j i i 糍囊 谚瓣臻嚣 用 输l 州 j 攀 数 i i 功i 摸 f 入j z j 簟能jj 攀型攀 一界 臻 绽 爹鸯瞳i 1 复 誊设 1 l 设鍪 面 输j 岁o哆 u 霾 l 摸j j 二系 l 标 块 统 j 设 出 功划 选薯计 1 诗 i 纛 设 能 分l 谨 设 择 l计 1 r i 酾攀 j 1r 一 辱獯轰维护 j 一一 j 图1 l 技术路线图 5 第二章矿井水害应急救援管理系统概论 2 1g i s 与w e b g i s 简介 本文建立的应急救援系统是以网络g i s 为开发平台 即i n t e m e v i n t r a n e t 的 w e b 模式 称为b r o w s e r s e r v e r 模式 是从c s 模式发展起来的三层 客户一 应用服务器一数据库服务器 c s 结构 b s 模式的体系结构如图2 1 所示 互 联网的出现使得分布在各地的用户能够直接在浏览器上查询 处理 分析和显 示异地的地理空间数据 是g i s 在网络中的扩展 从而产生了互联网地理信息 系统 w e b g i s w e b g i s 是是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 技术的产物 是实现g i s 互操作的一条重要途径 在i n t e r n e t 的任意节点上 用户都可以浏 览w e b g i s 站点中的空间数据 制作专题图或进行各种空间信息检索和空间分 析 艮 图2 1b s 模式结构图 w e b g i s 是一个分布式系统 用户和服务器可以位于不同的地点使用不同 的计算机平台 i n t e r n e t 上的任意一个用户 可以在不知道对方地理位置的情况 下 使用i n t e r n e t 上任意一台服务状态的服务器上的w e b g i s 服务 而传统g i s 的用户一般只能使用本机的g i s 服务 或某个局域网内服务器的g i s 服务 4 2 1 w e b g i s 除了具有大部分乃至全部传统g i s 软件的基本功能外 主要侧重 于信息的发布 数据的查询 空间分析 模型分析和制图 并在i n t e r n e t 上提 供交互的地图和数据 用户也可通过浏览器上的插件 p l u g i n a c t i v e x 控件和 6 j a v aa p p l c t 来进行w c b g i s 功能的访问 浏览器和这些插件都是免费的 易获 取的 很大程度上扩大了g i s 的潜在用户范围 2 2 项目概述 淮南矿业集团是我国重要的煤炭生产基地 在全国各大矿业集团中名列第 三 现有1 3 对生产矿井 并以淮河为界将淮南煤田细分为老矿区和新矿区 淮 河以北为淮南煤田的潘谢新矿区 简称 新区 矿井包括有 潘一矿 潘二矿 潘三矿 潘北矿 谢桥矿和张集矿 含张集北区 顾桥矿 顾北矿 丁集矿 朱集矿 淮河以南为淮南煤田的老矿区 简称 老区 矿井包括有 新庄孜矿 谢一矿 李咀孜矿 4 3 1 淮南矿业集团在2 0 1 0 2 0 1 2 年期间原煤产量达到8 0 0 0 万吨 年 如此高的需求和生产任务给煤矿发展带来了新的机遇 同时也给煤矿 安全生产带来了严峻的挑战 淮南煤田为我国华北石炭一一二叠系煤田 其上 覆有新生界含水砂层 下伏为岩溶裂隙水 加之矿区岩溶陷落带 柱 的发现 矿区水文地质条件极为复杂 严重威胁着煤炭的安全生产 特别是近年来 随 着煤炭开采深度 开采强度 开采速度 开采规模等不断增加 老矿区a 组煤 开采受底板水的威胁 潘谢新区受上覆巨厚松散层水和底板地下水的危害日趋 严重 随着防治水危害的日趋严重和矿井防治水工作的推进 淮南矿业集团矿井 防治水资料数量也变得十分庞大 人工管理困难 数据不能实现共享 集团与 各矿之间的数据难以保证一致性 现势性和完整性 淮南矿业集团有几十年的 防治水工作研究成果和资料 这些资料很多是纸质资料 易损毁丢失 使用不 方便 且随矿井开采时间的延续 相关人员变动等 以往资料成果的应用往往 得不到很好的继承 难以发挥应有的指导作用 因此 建立淮南矿业集团防治 水 水文地质数据库 水害应急救援数据库 并开发设计应急抢险救援信息管 理系统是极其必要的 其对提高矿井管理水平 效率 节约成本 数据共享以 及防治水决策水平等具有重要意义 而且系统的建成 可以为未来构建 数字 煤矿 奠定坚实基础 2 3 系统需求分析 本文建立的应急救援管理系统结合淮南煤田实际情况 本着 信息共享 实时控制 反应及时 处置到位 的要求 遵循 预防为主 科学施救 的方 针 4 4 4 5 将各类资源和信息有效综合起来 并能使所有的相关数据与地理位置 和时间进行关联 制定周密的计划 以减少甚至避免事故的发生 在事故发生 第一时间内能够高效 快速进行应急救援处理 以减少事故造成的损失 将事 故影响度降到最低 建立一套完整的应急救援辅助决策体系 全面提高淮南市 政府应对突发事件的应急处置能力 全力维护民众生命财产安全和社会稳定 4 6 1 因此 在应急救援信息管理系统的实际应用需求的基础上提出了以下几个 目标 1 建立水文地质信息管理子系统 实现煤矿矿井电子地图的可视化 并 将图中地物的空间数据和属性数据进行完美结合 并能实现图元的查询和反查 询 为煤矿矿井灾害应急救援提供基础数据信息及决策依据 2 建立强大的灾害应急救援知识数据库 包括灾害预测 控制 处理方 法库 事故案例库 矿山救灾队伍 救援专家 救灾设备知识库和远程专家数 据库等 为救援领导和事故救援人员的决策提供科学的依据 3 实现对矿井的基本情况 主要灾害信息 危险源分布以及救灾力量等 信息的查询 图形的编辑 保证数据库中的数据时时更新 利于煤矿生产单位 在发生灾害时及时启动相应合理的应急预案 4 系统界面人性化 简单方便 易于操作 5 系统有很好的数据维护性和可扩展能力 第三章系统空间数据库的设计及建立 3 1 空间数据及空间数据库基础 3 1 1 空间数据 在g i s 中 常把地理空间数据称为空间数据 空间数据 s p a t i a ld a t a 是 指用来表示空间实体的位置 形状 大小及其分布特征诸多方面信息的数据 它可以用来描述来自现实世界的目标 它具有定位 定性 时间和空间关系等 特性 空间数据是一种用点 线 面以及实体等基本空间数据结构来表示人们 赖以生存的自然世界的数据 空间实体是空间数据中不可再分的最小单元 是对存在于这个自然世界中 地理实体的抽象 主要包括点 线 面 体等基本类型 在g i s 中 空间数据 是代表着现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射 它反映的特征应该包 括自然界地理实体向人类传递的基本信息 空间数据描述的是所有呈现二维 三维甚至多维分布的关于区域的现象 它不仅包括表示实体本身的空间位置及 形态信息 而且还包括表示实体属性和空间关系的信息 空间数据的特征如图 3 1 4 2 所示 图3 1 空间数据的特点 1 空间性 空间性是空间信息的最主要特性 是区别于其他信息的一个显著的标志 空间性表示了空间实体的位置或所处的地理位置 空间实体几何特征以及空间 实体间的拓扑关系 从而形成了空间物体的位置 形态以及由此产生的一系列 特性 空间性不但导致空间物体的位置和形态的分析处理 同时还导致空间相 互关系的分析处理 如果不考虑地理物体的空间性 空间分析就失去了意义 2 专题性 属性 专题性是指在一个坐标位置上地理信息具有专题属性信息 例如 在一个 地面点上 可取得高程 污染 交通等多种专题信息 属性是空间数据中的重 9 要数据成分 它同空间数据相结合 才能表达空间实体的全貌 在g i s 中 专 题属性常用表格和图像等方式来表达 3 时间性 空间数据的时间性是指空间数据的空间特征和属性特征随时间变化的动态 变化特征 即时序特性 它们可以同时随时间变化 也可以分别独立随时间变 化 如在不同的时间 空间位置不变 但属性数据可能发生变化或者相反 空 间数据的时间性反映了空间数据的动态性 4 丌 3 1 2 空间数据库 简单地说 空间数据库 s p a t i a ld a t a b a s e 是存放空间数据的数据库 更 确切地说 空间数据库是描述空间物体的位置数据 位置数据元素 点 线 面 体 之间拓扑关系及描述这些物体的属性数据的数据库 空间数据库的典 型应用是g i s 空间数据库同时也适用于在遥感 摄影测量 测绘和计算机图 形学等学科 空间数据库是面向特定领域 针对特定应用的数据库系统 它除 了具有传统数据库的数据管理功能外 还提供了特定的数据存储和管理手段 具有领域应用需求的特征 建立空间数据库的目的是利用数据库技术实现空间 数据的有效存储 管理和检索 以便为用户提供优质服务 空间数据库除了要 具有传统的数据库的数据管理能力外 必须具有管理空间数据的能力 如空间 数据查询 传输 处理功能 还要便于空间数据分析 在空间数据库中 用户 可以通过图形及文字 方便地查出满足空间条件的空间对象 并按空间位置将 其显示 同时列出相关的属性 但是现阶段的空间数据库也存在一些问题 4 8 1 数据共享问题 数据共享问题 需要解决数据文件格式统一性 地理信息的标准化 数据 共享的政策等技术与政策的问题 从而真正实现数据的共享 2 数据 瓶颈 问题 随着w e b g i s 的发展 网络 瓶颈 问题也越来 越受到人们的关注 由于所需传输的g i s 数据量很大 尤其是栅格数据 对于 网络宽带 速度等要求非常高 这个问题严重影响了w e b g i s 在实际生活中的 应用与发展 是当前急需解决的问题之一 3 数据安全问题 在w e b g i s 逐渐成为空间数据库的主要发展方面的同 时 数据的安全性也随之成为一个不可忽视的问题 3 2 系统空间数据库的设计 数据库设计是从用户对数据的需求出发 研究并构造数据库结构的过程 数据库设计是指对于一个给定的应用环境 创建一个性能良好 能满足不同用 户使用要求 又能被选定的数据库管理系统d b m s 所接受的数据模型 建立数 据库及其应用系统 使之能够有效的存储数据 满足用户的信息要求和处理要 求 4 9 1 也就是对于给定的应用环境 现实世界 范围内的数据 根据各种应用处 理的要求 加以合理地组织 逐步抽象成已经选定为某个数据库管理系统能够 定义和描述的具体数据结构 以便根据这一结构建立起既能反映现实世界中信 息和信息之间的联系 满足应用系统各个应用处理要求 又能被某个 或己选定 的 d b m s 所接受的 能够实现系统目标的数据库1 5 数据库设计的主要内容包括静态特性设计和动态特性设计 1 静态特性设计 又称结构特性设计 也就是根据给定的应用环境 设 计数据库的数据模型 即数据结构 和数据库模式 它是汇总备用户视图 经模 型化的产物 反映了现实世界信息及其联系 具有最小的冗余 能实现数据共 享 结构特性是静态的 一经形成后通常情况下是不再轻易改变的 它包括了 数据库的概念结构设汁和逻辑结构设计两个方面 2 动态特性设计 又称数据库行为特性设计 是指确定数据库用户的行 为和动作 在数据库系统里 用户的行为和动作反映在应用程序中 通过应用 程序存取数据库和处理数据 它是动态的 用户的行为总是使数据库内容发生 变化 因此 数据库行为特性设计 也就是设计数据库查询 事务处理和报表 处理等应用程序 引 空间数据库设计过程如图3 2 所示 图3 2 数据库设计流程图 3 2 1 概念设计 概念模型设计的方法 常用的有实体 关系数据模型 e n t i t y r e l a t i o nd a t a m o d e l 简称e r 模型 面向对象数据模型和本体 o n t o l o g y 数据模型三种 s 1 o e r 模型有实体类 简称实体 关系类 简称关系 和属性三个抽象概念组 成 是构建信息系统或数据库概念模型的一直有效的工具或有效方法 也称e r 1 2 方法 5 2 由于传统的e r 法强调的是实体的属性 从而忽略了实体的空间特 性 因此本文对于空间数据库的概念模型设计采用空间e r 方法进行 e r 模 型要通过e r 图表现出来 在e r 图中 实体用方框表示 属性用椭圆表示 关系用菱形表示 本文建立的应急救援空间数据库包括水害事故 应急救援预 案 应急救援资源 系统用户 用户操作权限五个实体 其中应急救援资源包 括应急人员 应急物资设备 应急单位以及专家信息 系统用户拥有不同的操 作权限 在事故发生时 用户可以启动应急预案和调用应急资源 包括应急人 员的派遣 应急设备的使用等 应急预案和应急资源都是为水害事故救援服务 的 本文建立的e r 图如图3 3 所示 图3 3 矿井水害应急救援数据库空间e r 图 3 2 2 逻辑设计 数据库的逻辑设计就是把数据库概念模型设计阶段产生的概念数据库模式 变换为逻辑数据库模式 即适应于某种特定数据库管理信息系统所支持的逻辑 模型 本文采用的是传统数据模型中的关系模型 关系模型是一种数学化的模 型 它将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表 亦称关系 一个实体 有若干关系组成 而关系表的集合就构成了关系模型 根据应急救援数据库的 概念设计 文章设计了以下关系表 表3 1 水害事故信息表 字段名称字段数据类型长度 e v e n ti d事故编号数值型1 0 e v e n t t y p e 事故类型字符型 2 0 e v e n tg r a d e事故级别数值型1 0 e v e n tt i m e 发生时间日期型 2 0 e v e n tp l a c e发生地点字符型8 0 表3 2 应急预案信息表 字段名称字段数据类型长度 p l a ni d预案编号数值型l o p l a nn a m e预案名称字符型2 0 p l a n r y p