淺析GIS在煤礦區(qū)塌陷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

■劉瀟

（青海大學(xué)青海西寧810016）

淺析GIS在煤礦區(qū)塌陷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

■劉瀟

（青海大學(xué)青海西寧810016）

煤炭資源的開采促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也帶來了不少問題。煤礦塌陷就是其很嚴(yán)重的后果之一，GIS的發(fā)展逐漸在煤礦區(qū)塌陷監(jiān)測(cè)中起到了巨大的作用。GIS在計(jì)算機(jī)軟件和硬件的支持下，將大量的資源信息和環(huán)境參數(shù)等信息按照一定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析，表示出空間特征與屬性特征隨時(shí)間變化的過程，因此可以分析出該地區(qū)各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)，在監(jiān)測(cè)的過程中起到重大作用。

GIS 煤礦區(qū) 塌陷監(jiān)測(cè)

煤炭，作為我國(guó)最主要的能源之一，它占據(jù)了我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)的百分比達(dá)到了百分之七十左右。雖然開采煤炭對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常大的促進(jìn)作用，但與此同時(shí)其造成的土地資源和生態(tài)環(huán)境破環(huán)也是極其嚴(yán)重的，最主要的表現(xiàn)是煤礦區(qū)的塌陷問題。一旦發(fā)生塌陷事故，必然會(huì)對(duì)耕地、一定范圍內(nèi)的土壤和水資源環(huán)境以及地面上的建筑和設(shè)施造成強(qiáng)烈的破壞，甚者會(huì)產(chǎn)生工人的人身安全問題。因此，煤礦區(qū)塌陷的監(jiān)測(cè)工作十分的重要。

隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，GIS（Geographic Information System地理信息系統(tǒng)，也被稱作地學(xué)信息系統(tǒng)）技術(shù)的應(yīng)用也在日漸廣泛，它對(duì)于礦區(qū)資源監(jiān)測(cè)和礦區(qū)環(huán)境信息的獲取、管理以及分析可以發(fā)揮出巨大作用，可以對(duì)煤礦區(qū)的地質(zhì)現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)、環(huán)境變化和生態(tài)效應(yīng)等方面的信息進(jìn)行收集、分析和預(yù)測(cè)，并表示出空間特征與屬性特征隨時(shí)間變化的過程。

GIS由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶人員等幾部分組成。硬件包括：主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)，是用來對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、傳輸和顯示的。系統(tǒng)的軟件部分有：基礎(chǔ)的GIS軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和一些系統(tǒng)管理軟件，主要用于GIS所需要的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)管理、相應(yīng)處理、分析、建模和輸出。空間數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體和DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）組成，作用就是存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查操作。最后用戶人員就是由系統(tǒng)的開發(fā)、使用人員和管理者組成的用戶群體。以下是GIS在煤礦區(qū)塌陷監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用。

1 GIS在煤礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和輸入

GIS工作是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，數(shù)據(jù)就是GIS的靈魂和生命，所以數(shù)據(jù)的采集是這個(gè)系統(tǒng)工作的第一步。GIS將煤礦區(qū)附近的所有空間信息及其屬性信息等龐大數(shù)據(jù)錄入到工作數(shù)據(jù)庫(kù)中，能夠保證煤礦區(qū)的地理信息數(shù)據(jù)與工作數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在空間和內(nèi)容上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性。

在煤礦區(qū)需要采集的信息比如礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、煤層的分布狀況、煤層開采方法、地表建筑物的分布現(xiàn)狀以及開采條件等多方面的信息資料。

將采集的各類直接數(shù)據(jù)如遙感圖像、航空相片、礦區(qū)地圖和各種測(cè)量得到的數(shù)據(jù)以及文本資料等經(jīng)過必要的編輯修改后，經(jīng)過數(shù)字化處理和圖像處理錄入到工作數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成數(shù)據(jù)的采集輸入工作。

2 將GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化

因煤礦區(qū)各種、數(shù)據(jù)的采集來源是多種多樣的，而且采集的方式方法和標(biāo)準(zhǔn)格式不盡相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和數(shù)據(jù)分析時(shí)，結(jié)果的可靠性不能夠保證，不能達(dá)到工作的目的，所以要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。

數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，就是消除數(shù)據(jù)間量綱、數(shù)量級(jí)和不同性質(zhì)等方面的問題，使之可以達(dá)到不同領(lǐng)域和大多數(shù)用戶間共享的需要。

GIS在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，必須要注意數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，這樣可以避免那些沒有完善數(shù)據(jù)服務(wù)保證的劣質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展造成一些不好的影響或者副作用。同時(shí)，要重視數(shù)據(jù)生產(chǎn)質(zhì)量和規(guī)?；疓IS數(shù)據(jù)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，加強(qiáng)對(duì)GIS數(shù)據(jù)的管理水平。

在信息產(chǎn)業(yè)社會(huì)中，任何數(shù)據(jù)和信息生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)重視數(shù)據(jù)文件的管理和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理技術(shù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)和信息的生產(chǎn)應(yīng)用同樣是社會(huì)生產(chǎn)的主要方式，它就是信息產(chǎn)業(yè)社會(huì)的資源和財(cái)富?，F(xiàn)代社會(huì)中，數(shù)據(jù)信息主要通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理和傳輸，當(dāng)然，DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）也在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析中起到的不可替代的作用。

3 GIS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模和數(shù)據(jù)分析

在煤礦區(qū)進(jìn)行的礦產(chǎn)開發(fā)操作是現(xiàn)實(shí)的三維立體空間中，所以對(duì)此不能用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)模型對(duì)礦區(qū)所有的類型的礦體進(jìn)行完整全面的描述，而且由于礦井下復(fù)雜的巷道和地質(zhì)構(gòu)造，決定了在建模的時(shí)候必須要同時(shí)兼顧三維礦體空間和礦體之間的拓?fù)潢P(guān)系。因此GIS在進(jìn)行建模的時(shí)候采用了將多種不同數(shù)據(jù)模型集成于一個(gè)系統(tǒng)之中，或者是采用具有多種模型特性的混合數(shù)據(jù)模型，去適應(yīng)不同的問題的分析處理。當(dāng)前因?yàn)楦鞣矫娴脑?，普遍是利用了多種不同的數(shù)據(jù)模型的各自優(yōu)點(diǎn)，將它們集成在一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，去實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦區(qū)三維立體空間進(jìn)行完整有效的描述。

3.1 構(gòu)建煤礦區(qū)的GIS數(shù)據(jù)模型

為了對(duì)煤礦區(qū)塌陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，我們將用GIS技術(shù)以實(shí)際問題為前提，將GIS與煤礦的開發(fā)生產(chǎn)、管理相結(jié)合，建立煤礦區(qū)各個(gè)應(yīng)用實(shí)踐的各種應(yīng)用模型庫(kù)。再根據(jù)實(shí)際空間對(duì)象的特點(diǎn)，建立不同的GIS模型，主要有理論模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ汀０凑諣顟B(tài)與過程進(jìn)行分類可以分為靜態(tài)模型、半靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。

現(xiàn)在對(duì)于煤礦區(qū)地表的變形監(jiān)測(cè)已經(jīng)有了豐厚的理論支撐，可以利用概率積分和典型曲線等方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)然，還有更多的模型已經(jīng)處于應(yīng)用階段，像層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型等。

3.2 對(duì)模型進(jìn)行分析處理

煤礦區(qū)的GIS模型可以真實(shí)的反映實(shí)際中各種空間地理信息和屬性信息，對(duì)煤礦區(qū)塌陷預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)有著巨大的作用。GIS利用柵格技術(shù)對(duì)煤礦區(qū)的塌陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，即將各種參數(shù)輸入到煤礦區(qū)的GIS空間模型當(dāng)中，再對(duì)地表網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，利用GIS中那強(qiáng)大的圖形表現(xiàn)和空間分析能力對(duì)礦區(qū)塌陷進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，從而得到一些可以反映出煤礦區(qū)塌陷的數(shù)據(jù)。

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F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-354-1