基于WebGIS的瓦斯预测信息管理系统

1、基于WebGIS的瓦斯预测信息管理系统郝富昌 ,郝天轩,刘明举,张振华(河南理工大学资源与材料工程系 ,河南焦作 454003)摘 要:针对瓦斯地质数据等信息资源共享中存在的问题,提出了采用WebGIS网络地理信息系统)技术，以ArcView为平台，以ArclMS4.0为发布工具的解决方案。介 绍了瓦斯预测信息管理系统的设计目标 ,阐述了系统的体系结构、开发环境、技术流程,并对系统开发过程中的关键技术进行了详细分析。关键词:瓦斯预测;WebGIS管理信息系统;ArcIMS中 图 分 类 号 :TD76 文 献 标 识 码 :B 文 章 编号:1003-496X(2006)03-0023-03基

2、金项目 :国家“十五”科技攻关项目 (2001BA803B0402) 煤与瓦斯突出是煤矿生产中最大的自然灾害之一,准确科学地预测矿井瓦斯突出危险区是确保煤矿安全生产的关键。对瓦斯突出区域的 预测,涉及数据多 ,信息量大 ,且反映突出条件的瓦斯地质数据随煤矿生 产而不断变化 ,如何有效地将这些数据管理起来 ,是体现矿井安全管理 水平和先进程度的重要标志。目前 ,煤矿企业各个部门积累了大量的瓦 斯地质数据 ,但存在着数据标准不一致 ,兼容性与可比性差 ,利用率低 ,造 成了瓦斯区域预测资源的极大浪费现象。而在信息时代,如何获取大量数据并从中提取需要的信息是十分重要的。资源共享就是一条重要且极其有效

3、的途径。WebGIS网络地理信息系统)是指基于In ternet平台、客户端应用软件、 采用 WWW 协议、运行在万维网上的地理信息系统 1-2。与传统 GIS 软件相比 ,最大特点是在空间框架下实现图形、图像数据与属性数据的 动态链接 ,提供网上可视化查询和空间分析功能 ,使原来基于单机的 GIS 扩展到整个因特网 ,使得地学数据和地学模型有可能在全球范围内共享 3。本软件系统以一个瓦斯涌出量大 ,煤与瓦斯突出频繁的矿井 淮南 煤业集团潘三煤矿的瓦斯地质资料和突出信息为例,在 ArcView 的基础上，利用WebGIS软件ArcIMS开发出了功能较强、数据可普遍共享的瓦 斯预测信息管理系统。

4、1 系统目标及系统结构 换行设计 瓦斯预测信息管理系统是基于瓦斯地质理论预测瓦斯的成果,着眼于运用现代化手段提高工作效率和管理水平,对瓦斯预测进行信息化管理 ,设定如下目标：(1) 用户不仅可以把自己所获得的各种瓦斯地质数据发布到网上 ,还可以 根据权限从站点中浏览或下载矿用图形数据及属性数据 ,实现数据的共 享和网络发布。(2) 提供矿用矢量图形系统 ,可生成采掘工程平面图 ,瓦斯含量等值线图 , 瓦斯压力等值线图 ,瓦斯地质图等重要图件 ,并能实现这些图形的快速 更新、查询、打印等功能。(3) 等值线生成、标注、查询、显示模块。利用实测数据,在分析综合的基础上完成构造软煤等厚线图、瓦斯含量

5、等值线图、瓦斯压力等值线 图的生成。(4) 视图主题的平移、放大、缩小、漫游等功能。(5) 查询功能的设计与实现。本系统可以实现由图形查询属性以及属性 查询图形的功能。(6) 空间分析功能。通过各实测数据的输入 ,比较准确的预测出瓦斯突出 危险区。依照系统目标 ,设计出的瓦斯预测信息管理系统分为三个层次,数据层、业务逻辑层和展示层 4。数据层主要负责空间数据、属性数据的存储管理;业务逻辑层主要是响应用户的各种请求和查询操作，通过ArcIMS和ASF程序交互作用来实现 展示层是系统将用户所需的信息或请求处理结果以文本数据、HTML文件以及GIF/JPEG影像数据返回给用户。建立这种体系结构可将数

6、据和 数据的应用分割来 ,大大提高了系统运行的稳定性及可扩展性。系统结 构如图 1 所示。2 基于 WebGIS 的瓦斯预测信息管理系 统的 设计本系统是基于 nternet/Intranet 标准,将地图 3.空间信息和属性信息有机地结合起来的 网络化地理信息系统。图 1 瓦斯预测信息管理系统结构图2.1 系统的实现模式 突出区域预测可视化系统以煤矿企业局域网作为运行环境,系统的用户主要为煤矿领导、相关科室 （如地质科、通风科、网络信息中心等 ）的工 程技术人员 ,用户数量不多。用户的主要业务包括数据查询、输入、更 新、分析、系统维护、图件打印输出等业务。考虑到系统的构建、维护、运行费用等诸

7、多因素，在综合分析CGI模式、服务器端应用程序接口（ServerAPI模式、Plug-in模式、GISActiveX控件 模式、GISJavaApplet模式优缺点的基础上，本系统采用基于CGI模式的 网络地理信息系统作为实现模式。它的最大优势是：具有大型GIS的分析功能，并且可利用已有的GIS资 源;在客户端使用支持换行标准HTML格式的Web浏览器，操作结果 以静态GIF或JPEG格式的图像显示,客户端与平台无关。2.2 系统的开发环境及技术流程系统的服务器端运行在 Windows2000Server上;GIS平台选用 ArcViewGIS3.3属性数据库采用 SQLServer2000建

8、立，通过ArcView和 SQLServer的无缝连接来完成空间数据和属性数据的统一管理，双向查 询及数据的更新维护；Web服务器采用MicrosoftIIS5.0,通过Asp程序与 ArcIMS进行交互;系统客户端的运行界面采用 HTML语言和脚本语言编 写，用户不必在本地计算机上安装 GIS软件就可以在In ternet上访问远 程的GIS数据和应用程序，进行GIS分析，在In ternet上提供交互的地图 和数据。系统的技术开发流程如图 2所示。图 2 瓦斯区域预测信息管理系统的技术路线图2.3 系统属性数据库的设计在本系统中 ,用到的数据表比较多。钻孔基本信息表主要存储施工钻孔 的编号

9、、所属剖面号、钻孔类别、开孔坐标、终孔坐标、钻孔设计参 数、施工质量、钻探等基本信息。钻孔地质数据表用于存储钻孔揭露 的地层、岩层、煤层等地质数据。钻孔弯曲测量表和钻孔标志层表分 别存储钻孔测斜和钻孔所揭露的标志层的相应数据。构造软煤数据表 存储构造煤数据点位置、厚度、构造煤厚度百分比等数据。断层数据 表存储断层的名称、性质、产状及标注等信息。瓦斯突出点数据表存 储历年突出卡片记录的相关信息。瓦斯含量 （压力 ）、构造复杂系数数据 表存储瓦斯含量 （压力 ）、构造复杂系数数据点及相关信息值。煤层段数 据表则存储煤层段分层厚度、位置等数据。2.4 系统的视图设计视图是一种交互式地图 ,具备对地理

10、数据的创建、管理、显示、查询和 分析等功能5-6。ArcView通过视图这一形式，可以有效的表达空间数据。 Ar-cView通过主题来组织视图，主题又分为点、线、面三种类型。为此 在视图设计中 ,将突出区域预测中涉及的空间实体抽象为点、线、面对 象。（1）将开拓工程 （主井、副井、矸石井、风井 ）位置、钻孔孔口位置、钻孔 见煤点位置、瓦斯突出点位置、煤层厚度数据点、构造煤层厚度数据 点、构造煤层厚度百分比数据点、构造复杂系数数据点、岩层段厚度 数据点等作为点对象。(2) 线对象包括勘探线、断层断煤交线、煤层底板等高线、构造软煤厚 度和瓦斯含量 (压力 )等值线等各种等值线、井田边界线、坐标格网

11、线、 煤层露头线、巷道工程等。(3) 多边形对象包括煤层风化带、 工作面区域、 井田范围、矿井突出区、 工作面突出带和断层区域等。3 系统关键技术的设计及实现3.1应用ArcIMS实现WebGIS的功能ArcIMS运行在一个分布式的环境 下,由客户端和服务器端的部件组成。用ArcIMS设计并制作的瓦斯预测 GIS 站点是高度可调整的 ,允许大量用户并发的访问站点 ,许多请求能够 被同时处理 ,应用 ArcIMS 能够随着时间的推移扩展服务器功能以满足 日益增长的请求。ArcIMS 能够实现地图服务 ,把矢量要素以流的方式发送到客户端 ,实现 空间数据和属性数据的查询和数据提取等功能 7-10。

12、下面就以基于 We-bGIS的瓦斯区域预测信息管理系统为例，具体说明应用ArcIMS实现 地图服务和数据查询提取功能。ArcIMS 能够实现用户对相关瓦斯地质空间数据和属性数据的方便调用。 例如:当客户端通过In ter- net/I ntranet向Web服务器提交一个浏览矿井 瓦斯地质图的请求时 ,Web 服务器接到请求后 ,立即作出响应并进行请 求处理 ,如遇到地图服务请求 ,就将请求进一步提交给 ArcIMS 服务 器,ArclMS服务器接到请求后，进行相关的GIS运算处理，通过Ar-cView 从数据库中调出瓦斯地质图 ,同时将调出的图提交给 Web 服务器,最后 将图提交给客户端

13、,在浏览器上显示。3.2 瓦斯突出区域预测的实现 换行综合分析潘三矿的瓦斯含量分布 特征、瓦斯压力特征、构造煤厚度特征、构造系数特征、煤层埋藏深 度、瓦斯突出点分布特征等因素后得出结论,影响潘三矿煤与瓦斯突出的主要因素是瓦斯压力和构造软煤厚度 ,所以突出危险区和突出威胁区 主要依靠构造软煤厚度、瓦斯压力分布两个参数来确定。判别规则 是:瓦斯压力0.74MPa,但构造煤厚度0.9m的，同时没有瓦斯突出点分 的区域为突出威胁区；瓦斯压力0.74MPa同时构造煤层厚度.9m的 区域为突出危险区。本系统利用ArcView多边形叠加分析功能实现瓦斯突出区域预测。 首先 由各个钻孔的测井曲线判别获得各钻孔

14、构造软煤厚度,继而由各个钻孔点的构造软煤厚度值生成点状主题，利用ArcView的Con tours工具生成 构造软煤等值线图。再由现场实验测得的各个点的瓦斯压力值生成瓦 斯压力等值线图。接着由等值线的线状主题转化为多边形主体 ,然后利 用多边形叠加实现不同主题的求交运算 ,进而得到重叠区 ,即突出危险 区。4结论瓦斯预测信息管理系统利用网络技术、GIS技术和数据库技术提出了瓦 斯地质数据管理和共享的解决方案 ,解决了瓦斯地质数据难以得到共享 的技术难题。在 GIS 属性数据和空间数据的基础上 ,实现了瓦斯预测信 息资源的浏览、交互式操作、矿井信息的查询以及图形与属性数据结 合的功能。参考文献

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