地理矿情时空信息管理平台的构建及应用

武永斌，李鸿宇，曹宏文，邵改革

(1. 河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003；2. 河南省遥感测绘院，河南 郑州450003)



地理矿情时空信息管理平台的构建及应用

武永斌1,2，李鸿宇1，曹宏文2，邵改革1

(1. 河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003；2. 河南省遥感测绘院，河南 郑州450003)

为了更加全面、有效地掌握矿区或矿业城市与资源开发利用密切相关的自然、人文地理要素的空间分布特征、动态演化规律等一系列地理矿情信息，根据地理矿情监测的内容和需求，通过对目前矿区专题要素的分析，提出了一种建设地理矿情专题要素本地库的方法，并结合空间数据库和面向服务的GIS技术构建了地理矿情时空信息管理平台，为加快矿山信息化建设和开展地理矿情监测奠定了基础。

地理矿情；时空信息；要素；本底库

煤炭资源是我国经济社会发展的重要物质基础，遥感影像、基础测绘数据、矿情普查资料等是矿区空间信息的载体，“本底”是指一个地域最基本的状况。构建地理矿情监测要素本底数据库，可将多分辨率、多源的影像数据及各类普查、监测专题要素进行有效的组织和管理，并且能够与其他应用专题系统集成，为科学合理地开发与管理矿产资源、矿区可持续发展提供有力的技术支撑，提高矿区空间规划与决策水平。本文将深入分析地理矿情的内涵，归纳、总结适合我国特点的地理矿情监测的指标体系和技术方法，提出适合我国煤炭资源开采利用实际情况的地理矿情监测的基本内容、分类指标体系，设计并构建地理矿情专题要素本底库及时空信息管理平台[1-3]。

一、系统总体设计

围绕监测地理矿情、服务煤炭经济发展、保护矿区生态环境、支持矿区及矿业城市规划辅助决策这一总目标，开展以地理国情普查数据为基础的矿情监测研究，结合政府、行业和公众需求，研究确立以煤矿区瓦斯管道、通风机房、瓦斯抽放站、尾矿库、煤仓、塌陷坑与沉陷盆地、地质灾害点、景观格局变化等作为地理矿情专题要素监测内容[4]，并据此制定相应的地理矿情监测技术指标体系[5]。

1. 地理矿情本底库建设内容

地理矿情监测信息管理需要的数据资料如下：①基础地理信息数据(行政区划、道路、居民地等要素)，由公务服务平台提供瓦片服务及WMS服务供其调用，作为系统的背景底图；②采矿、地质等专题资料，包括地理矿情及灾害隐患处的地质地貌、地形条件等；③包括大车道、小路在内的区域精细道路网等道路信息，从1∶1000地形图上提取；④灾害相关信息，包括隐患点和灾害点的地理位置、名称、损失、地质环境及防灾减灾信息；⑤避灾场所，包括学校、运动场馆、广场等，从1∶1000地形图上提取；⑥其他专题统计资料，如灾害现场调查的文字记录及资料照片等。

(1) 专题数据库

利用Oracle和ArcSDE建立地质灾害信息管理系统的服务器端核心数据库，管理地理矿情监测要素的空间信息和属性信息(包括地理位置、潜在危害、地质条件等数据)，专题要素本底库内容如图1所示。系统将空间数据和属性数据存储在Oracle数据库的SDE表空间，并确定各要素类的几何表示类型(点、线、面、栅格)。专题要素信息包括隐患点、灾害点、疏散路线及避灾场所等数据，每个要素有标识码、形状、数据类型及灾害相关属性信息。如以隐患点(包括地理位置、潜在威胁和应急措施等信息)编号作为唯一标识码，与疏散路线、避灾场所等进行关联，灾害点编码(包括地理位置、灾害状况、损失情况和灾害调查等信息)与各灾害子表(滑坡、泥石流、崩塌、地裂缝、采空区、塌陷)进行关联。在配置地图文档时，将属性信息表与矢量数据进行关联，然后根据地理数据的路径和定义的绘制模式，实现地图服务的发布。

(2) 空间数据管理

空间数据库采用ArcSDEforOracle存储和管理空间数据。导入数据时，创建ArcSDE和Oracle的连接，将存储于PersonalGeodatabase中的质灾害点、隐患点、避灾路线、避灾场所的4个图层，通过ArcCatalog逐个或批量导入Oracle数据库。

(3) 单体灾害属性表

每一种灾害都有其自身属性，通过对已发生的各类地质灾害进行分析统计，设计滑坡、泥石流、崩塌、塌陷、采空区及地裂缝等信息表。

图1　地理矿情专题要素本底库构架

2. 地理矿情监测内容分类方法

地理矿情监测对于目标地物的提取采用面向对象和最大似然监督分类方法相结合的方式[6]。面向对象的分类方法是一种智能化的影像分析方法，基于影像空间和波谱两方面信息的提取，处理的对象不再是单个像素，而是影像对象或片断。目标对象比单个像素更具有实际意义，其特征的定义和分类均是基于目标进行。该方法不仅利用了高分辨率影像的光谱特征，而且能有效利用其几何特征和结构信息。地理矿情监测以1∶50 000基础地理信息为底图数据，采用最大似然监督分类方法对水体、城镇、道路、森林、灌草地、农用地等进行分层提取。最大似然监督分类法模型如下：

设样本集X={x1,x2,…，xn}，将被分成N类，则某一样本xj属于某一类别的ωi概率为

(1)

3. 系统总体架构

系统采用Oracle和ArcSDE空间数据库引擎对数据进行管理和存储，以及地理矿情本底数据库的功能设计、系统结构设计和数据存储表设计，构建地理矿情本底数据库系统，并根据需求采用C/S结构和B/S结构相结合的复合型应用模式。系统总体框架如图2所示。

图2　系统总体架构

(1) 数据层

按照统一标准对矿区空间和属性数据进行管理，以专题数据、地质采矿环境条件、影像资料、更新数据信息等为核心，提供业务运行所需的专题数据，并通过调用基础地理信息公告平台获得底图背景数据。

(2) 业务层

业务层包括数据入库管理、分析挖掘、更新及网络化共享等内容，以Microsoft.NET框架作为基础技术平台，以ArcGIS作为通用的业务GIS平台。服务器端利用ArcGISServer构建各类地图与专题图相关服务；以ArcGISEngine二次开发的终端作为客户端，实现矿情监测信息的更新和维护；浏览器端利用ArcGISAPIforFlex开发库调用地图相关服务，实现信息的浏览、查询和分析统计。

(3) 应用层

通过C/S模式的数据库管理子系统实现。局域网用户(决策部门)可通过B/S模式下的网络发布子系统对监测要素进行浏览、查询、灾害预警及应急救援分析和统计等。

二、地理矿情时空信息管理系统与应用

本文构建的鹤壁矿区地理矿情时空信息管理平台是一个开放的资源共享和应用集成的公用服务平台，既可以浏览整个矿区资源的分布，也可为矿区不同部门开发的应用系统提供数据共享和交换服务，并可在此基础上快速开发其他应用服务系统，是地理矿情监测的重要支撑[7-11]。

该平台针对不同应用需求，设计了数据发布与共享、用户二次开发及运维管理共3个应用层次，具有在线新闻中心、电子地图、矿区资源、应用指南、开发中心、共享交换等功能模块，为实现矿区地理空间数据共享、行业应用系统开发、平台一体化管理的区域地理空间框架的搭建提供了完整的解决方案。系统主界面如图3所示。

图3　平台主界面

1. 关键技术

(1) 基于服务式GIS的软件体系

系统基于服务式GIS(ServiceGIS)采用面向服务的软件工程方法，把GIS的全部功能封装为Web服务，从而实现了被多客户端跨平台、跨网络、跨语言进行调用，并具备了服务聚合能力，集成其他服务器发布的GIS服务。在细粒度组件式GIS基础上，封装粒度适中的全功能GIS服务群，构成ServiceGIS的服务器，向客户端发布数据管理、二维可视化、地图在线编辑和各类空间分析与处理等全功能GIS服务。

(2) 空间数据管理

空间数据管理通过空间数据库实现。系统采用ArcSDE模式利用空间索引机制提高查询速度，实现多用户同时操纵同一类型数据，以及空间数据和属性数据的无缝集成。ArcSDE分开存储地理空间数据，如基础地理信息数据存储在政府部门，地理矿情监测要素数据存储在国土部门。用户通过ArcSDE可在Oracle、MicrosoftSQLServer和DB2中存取SDE图层，在网络支持下实现全矿区的GIS数据库共享、海量数据的组织和管理，以及多用户条件下的并发访问[12]。

2. 平台主要功能模块

(1) 电子地图功能

主要包括多尺度DLG、DOM及多个矿区的矿产资源分布图等。DLG和DOM通过调用数字地理信息公共平台上发布的地图服务功能实现，矿区资源分布图则利用全国第一次地理国情普查结果和矿区现有图件资料制作。

(2) 矿区资源管理模块

平台设计了矿区服务资源模块，主要包括网络服务和成果数据两类信息。将各种服务或数据进行分类和统计，方便用户进行资源浏览、查询使用，同时可为用户提供资源订阅、资源申请等功能。

(3) 二次开发模块

针对二次开发用户，系统提供不同开发软件的底层类参考、开发示例和开发包下载等功能。底层类参考：用户通过底层类参考了解不同软件提供的类和接口，包括类的所有属性、方法及属性和方法的详细描述；开发示例：提供常用的二次开发功能的一些基本示例供用户参考；开发包下载：为用户提供JavaScriptAPI和FlexAPI等开发示例的下载资源，用户点击链接即可下载所需的文件。

(4) 共享交换模块

共享交换模块是用户参与系统建设、扩大系统数据容量的有效手段，可调用经过管理员审核的其他用户发布的资源信息。此外，用户还可上传本部门的资源信息，经过管理员审核后供其他部门浏览与使用，实现信息共享。

三、结束语

本文开展以地理国情普查数据为基础的矿情监测研究，确立了以煤矿区瓦斯管道、通风机房、瓦斯抽放站、尾矿库、煤仓、塌陷坑与沉陷盆地、地质灾害点、景观格局变化等作为地理矿情专题要素监测内容，提出了建设地理矿情专题要素本地库的方法，并结合空间数据库和面向服务的GIS技术构建了地理矿情时空信息管理平台，为加快煤矿区信息化建设和开展地理矿情监测奠定了基础。

[1]陈建平，张立福，朱文君.矿产资源与环境遥感本底数据库的设计与建设[J].地质通报，2011,30(5):702-710.

[2]陈俊勇.地理国情监测学习札记[J].测绘学报，2012,41(5):633-635.

[3]姚敏，赵燕霞，张柏.东北三省环境本底数据库的设计与实现[J].东北测绘，2000,23(2):30-33.

[4]卢小平，程钢，葛小三.地理矿情空天地一体化监测技术与方法[M].北京：社会科学文献出版社，2014：121-128.

[5]程琳琳，王龙，马逯，等.地理矿情监测内涵浅析[J].测绘通报,2015(10):65-68.

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Construction and Application for Space-Time Information Management SystemofGeographicalConditionsforMining

WU Yongbin,LI Hongyu,CAO Hongwen,SHAO Gaige

2016-01-25

河南省高校创新团队支持计划(14IRTSTHN026)；河南理工大学2013年度博士基金(B2013-018)；河南省创新型科技创新团队支持计划

武永斌(1974—)，男，高级工程师，研究方向为摄影测量与遥感。E-mail：wyb3808@126.com

李鸿宇

P208

B

0494-0911(2016)08-0104-03

引文格式：武永斌，李鸿宇，曹宏文，等.地理矿情时空信息管理平台的构建及应用[J].测绘通报，2016(8)：104-106.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0268.