基于SuperMap马兰矿水文地质信息系统研究

张旭庆

(山西焦煤 西山煤电集团公司，山西　太原　030053)

·专题综述·

基于SuperMap马兰矿水文地质信息系统研究

张旭庆

(山西焦煤 西山煤电集团公司，山西太原030053)

摘要矿井水害是煤矿生产的主要安全隐患之一，建立相关的分析预报系统对于煤矿安全生产具有十分重要的意义。随着马兰矿开采的不断深入，矿井发生奥灰水突水灾害越来越严重。基于SuperMap GIS软件，根据4项设计原则，设计马兰矿水文地质信息系统，并介绍了该系统的功能及特点，其应用为矿井水害分析、预测和防治起到重要的作用。

关键词SuperMap GIS软件；水文地质；二次开发；数据流

矿井水害是煤矿生产的主要安全隐患之一，时刻贯穿于煤矿生产过程中的每一个环节，建立相关的分析预报系统对于煤矿安全生产具有十分重要的意义。山西西山煤电股份公司马兰矿随着开采的不断深入，由于采动破坏和动压的影响，矿井局部断层及陷落柱的导水可能性越来越大，尤其是落差较大的断层和冒落至8#煤附近的松散陷落柱大大减小了奥灰与煤层底板的间距，局部突水系数增大，矿井发生奥灰水突水灾害越来越严重。马兰矿水文地质信息系统的研究应用将为矿井水害分析、防治起到重要的作用，如在工作面开采快到富含水地区或水害隐患区提前发出警告，可为回采工作面的正常安全开采起到较好的保障作用。

GIS技术发展到今天，已进入到辅助决策支持和智能化的专家系统阶段，技术上已经趋于完备，再加上现代计算机技术和信息技术的迅猛发展以及在许多领域的成功应用，实现在地理信息系统基础上开发水文地质信息系统在技术上是可行的。

1系统设计原则

马兰矿水文地质信息系统设计主要满足以下4个原则：

1) 需求原则。所有的系统设计都要以满足用户需求为第一原则。矿井水文地质信息系统的设计首先要满足一线技术人员的需求。要全面调查、分析广大技术人员对系统的要求和期望，才能够有针对性地进行系统设计。

2) 简单性原则。由于矿井基层技术人员素质参差不齐以及当前信息系统普遍面向的大众化情况，一般系统设计时，在能够实现预定任务的情况下，尽可能的保持简单原则，以方便基层广大技术人员的使用。在数据的录入和处理过程中尽量减少环节与步骤，并且输入、输出形式容易掌握，系统结构要求清晰、合理，避免一切不必要的复杂化。

3) 可扩充性原则。应该考虑随着系统的广泛应用以及GIS技术的发展，基层技术人员的需求可能在不断的扩展和变化，并且要求不断地更新，因此，应该考虑在数据编码和系统结构上留有扩充的余地。

4) 规范性和标准性原则。水文地质信息系统作为马兰矿水文地质规划管理的一个重要依据，从设计开始就应该重视系统的规范性和标准性，实现系统数据规范和管理规范，实现数据分类和定义统一标准。

2系统总体设计

2.1　系统支持软件

SuperMap Objects 5.0作为GIS的专业化软件，是GIS应用系统开发者的新一代组件式GIS开发平台，可以方便地嵌入到流行的可视化高级开发语言环境中进行二次开发。SuperMap Objects 5的数据模型同时提供了GIS和CAD两种类型，充分发挥了各自的特点和优势。同时，SuperMap Objects 5还吸收了编辑智能捕捉等CAD技术，增强了SuperMap Objects 5在CAD数据编辑方面的功能，使之可与CAD软件相媲美。因此，在该系统开发中采用SupreMap公司的SuperMapObjects 5.0作为系统开发平台。

2.2　系统数据组织结构

马兰矿水文地质信息系统把图形、属性结合在一

起，在可视环境下解决与煤矿水文地质信息有关的信息查询、空间规划、信息管理等实际问题，便于矿井技术主管以及基层工程技术人员查询、检索所需信息，更为各级领导对煤矿地下开采进行可视化的管理、分析与决策带来了方便。初步设计系统逻辑数据流见图1～5.

1) 顶层数据流图。

图2　一层数据流图

图1系统的顶层数据流图

2) 一层数据流图。

内容设置参考模型中代数思维知识主题出现的逻辑顺序为：“未知数、变量的使用”（一年级）→“代数式的运算”（六年级）→“代数式概念”（七年级）→“代数式的证明”（十一年级）．而中国代数思维知识主题出现的逻辑顺序为：“未知数、变量的使用”（第二学段）→“代数式概念”“代数式的运算”“代数式的证明”（第三学段）．

3) 二层数据流图(以线路为例)。

图3　巷道分布地图的修改数据流图

4) 三层数据流图。

3系统主要功能实现

系统界面采用标准的Windows程序界面和菜单，熟悉Windows基本操作的用户无需培训即可使用。系统力求使用户能够操作方便，实现操作的可行性。

3.1　电子地图功能

图4　巷道分布空间及属性信息的修改图

图5　巷道分布空间及属性信息的查询图

程序设计中有采区水文地质平面图借助AutoDAD进行矢量化，然后转换成SuperMap中的SDD、SDB格式文件，最后在VisualBasic程序中通过SuperMap控件加以调用和操作。在该模块中实现了电子地图的显示、缩放、平移、全图显示、图层控制以及景点的选择、查询、显示等功能。这些功能的实现直接调用SuperMap的相关属性与函数，方便且宜操作。

3.2　数据查询

在“水文地质信息系统”中的查询有两种：第一种是根据图形数据查询属性数据，第二种是根据属性数据查询图形数据。用户点取任一图形对象时，可查询到该对象的属性信息。用户输入一个属性表达式时，相应的图形则以高亮的方式显示出来。

3.3　数据编辑

系统允许用户对图形数据和属性数据进行编辑，编辑包括空间信息的修改和属性信息的修改。空间信息的修改具体包括：面、线、点的增加与删除；属性信息的修改包括：各种地物、路线属性数据的修改。

3.4　数据输出

数据输出功能主要用于输出用户所需的地图文件和各种格式的数据文件。地图文件包括各种巷道的平面图、各类专题图等，数据文件包括各种类型的属性信息等。

3.5　量算功能

3.6　空间分析功能

该系统可以对图形进行基本的叠加分析和缓冲区分析。叠加分析功能可以对不同的图层数据进行裁剪、相交、切割、同一、合并功能并生成新的叠加土层；缓冲区分析功能可以实现某一区域的影响范围。

4系统技术特点

4.1　多种源数据的无缝集成二次开发技术

该系统使用的SuperMap Objects编程设计环境，不依赖于任何一种开发语言，可以随意嵌入不同的开发环境(如:VisualBasic、Delphi、visualC++)中进行二次开发，实现GIS功能，专业模型则可以使用这些通用开发环境来实现，也可以插入其它的专业性模型分析控件。因此，该系统可以实现高效、无缝的系统集成，并且系统所具有的开发平台可以进一步进行功能扩展，为以后系统进一步完善和适应实际工作的需要作了技术功能储备(图6).

图6　SuperMap Objects与应用程序间的无缝集成图

4.2　数据库系统的快速访问与数据提取技术

该系统建立了空间数据库和属性数据库，并通过逻辑关系进行了有效绑定。空间数据库不仅存储与实体紧密相关的属性数据(如各种地下设施的坐标)，而且还要存储图形数据，即各种实体的图形表示。该系统空间数据库具有图形管理功能，可以方便修改、编辑对象。因此，该系统的数据库一方面实现了地图的图形管理，简化了实现难度，另一方面也提高了数据访问的速度。空间数据中的空间实体主要包括点、线、面3种类型以及3种类型的复合数据集。该系统的空间数据由于非常繁复，所以全部采用了复合数据结构的数据集。复合数据结构既可以存储点数据集，也可以同时存储线数据集和面数据集，方便了数据的管理。

4.3　自动输出专题地图技术

系统能够自动输出专题地图，支持单值、范围、等级、点密度、统计、标签、自定义等7种类型的专题图，为决策者和管理者分析管理煤矿地下的水文地质提供了必要的帮助。

5结论与展望

基于SuperMap的马兰矿水文地质信息系统的开发，对今后数字矿山的发展有较好的示范意义。矿井水文地质图件和资料的实时更新不再依赖繁重复杂的人工描绘和大型嗮图机不间断运转，节约了人工和设备成本，尤其是在当前企业普遍面临严峻经济形势的今天，矿井水文地质工作实现信息化、动态化、自动化和环保化更具有现实意义。

展望未来，该系统所用地图可以朝着三维化的方向发展，不仅仅局限在平面位置的查询和统计上。地图三维化可以更直观地反映工程实体的地理位置，使用户可以更细致、更准确地观察。另外，该系统功能可以进一步扩展，不仅能反映煤矿采区的水文地质，还可以监测瓦斯突出、顶板来压等地下开采中的突发状况，建立实时监测预警系统，为煤矿安全生产与科学决策以及及时抢险提供必要的帮助。

参考文献

[1]宋官福.组件式地理信息系统研究与开发.中国图像图形学报[J].1998,3(5):313-317.

[2]李满春,任建武.GIS设计与实现[M].北京:科学出版社,2003:12-47.

[3]武强，钱增江,董东林.基于GIS的水文地质信息系统的开发与应用[J].煤炭科学技术,2011,29(1):30-33.

[4]戚文云,刘惠德,郭向坤.基于GIS的矿山水文地质信息管理系统的研究[J].矿业快报,2007(3)：45-47.

Research on Hydrogeological Information System of Malan Coal Mine Based on SuperMap Object

ZHANG Xuqing

AbstractMine water disaster is one of the major hazards in coal mine safety production. How to establish the related analyzing and forecasting system has very important significance for the coal mine safety production. With the continuous development of Malan coal mine, the Ordovician limestone water inrush disaster in the coal mine has become more and more serious. Based on the SuperMap GIS software, according to four design principles design Malan coal mine hydrogeological information system, and introduces functions and characteristics of the system. Its application plays an important role for mine water disaster analysis, prediction and prevention.

Key wordsSuperMap GIS software; Hydrological geology; Secondary development; Data source

中图分类号：TD163

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)12-0052-04

作者简介：张旭庆(1982—)，男，山西长治人，2006年毕业于中国矿业大学，工程硕士研究生，工程师，主要从事矿井水文地质勘探和预测预报工作(E-mail)zaichen0516@126.com

收稿日期：2015-11-03