我国特种煤炭信息系统建设与开发

赵 汀，刘 超，陈子瞻，周凤英，闫 强

(1.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037)

我国特种煤炭信息系统建设与开发

赵 汀1，2，3，刘 超1，2，3，陈子瞻1，2，3，周凤英1，2，3，闫 强1，2，3

(1.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037)

煤炭产业是关系国家经济命脉的基础产业，在我国以煤为主的能源消费结构下，既要发展能源工业，又要煤炭清洁利用保护环境，所以科学决策发展清洁煤炭产业至关重要，围绕摸清特种煤资源家底、实现煤炭清洁利用的目标，以全国储量利用现状调查数据库、保障程度数据库以及国内外权威网站等相关数据为基础，运用大数据分析方法、GIS决策支持模型研发特种煤信息系统，最终建成国内唯一，世界靠前，服务各界用户的特种煤信息系统，有效支撑油气与能源基础性公益性地质调查，以及煤炭产业发展。

地理信息系统(GIS)；特种煤；煤炭产业

煤炭在我国一次性能源消费结构中占比超过三分之二，煤炭产业是关系国家经济命脉的基础产业。未来，煤炭在我国能源消费结构中将持续下降，但仍占据主要地位，预计在2030年，我国能源结构中的煤炭占比仍将达50%左右，仍将是我国能源安全的基石。在这种以煤为主的消费结构下，使得我们国家的环境受到了巨大的挑战，我们既要发展能源工业，又要煤炭清洁利用保护环境，所以科学决策发展清洁煤炭产业至关重要。

目前，国内有很多关于动力配煤、电力配煤等方面的软件，多是通过计算机系统对多种煤进行配比，得出多种所需配煤方案；或是为优化管理、提高对生产线管理、人员管理针对煤炭企业自身建立的信息化设施设备。截至2016年年底，并没有一套从全国层面以摸清特种煤资源家底、实现煤炭清洁利用为目标，从宏观上对我国特种煤进行优置配化、合理布局的资源信息系统。

在此背景下，以全国储量利用现状调查数据库、保障程度数据库以及国内外权威网站等相关数据为基础，再通过大量调查采样数据摸清特种煤炭资源家底、调研清洁煤炭工艺流程，运用大数据分析方法、GIS决策支持模型研发特种煤信息系统，最终建成具备查询与辅助决策功能的特种煤信息系统，科学服务于国土科研、管理机构清洁能源政策和规划制定，有效支撑油气基础性公益性地质调查，以及煤炭产业发展。

1 概 况

围绕摸清特种煤资源家底、实现煤炭清洁利用的目标，本系统针对的煤炭种类(特种煤)主要包括优质煤化工用煤(液化用煤、气化用煤、焦化用煤)、特殊高元素煤(高铝煤、高锂煤、高镓煤、高锗煤)、稀缺煤等煤炭资源。

利用GIS技术、大型数据库技术等先进技术手段，分析各项指标抽取技术路线，设计数学模型，开展系统详细方案设计，特种煤信息系统主要功能模块的划分及开发，建成国内唯一，世界靠前，向社会开放的特种煤信息系统。此系统具备查询与辅助决策功能，有效服务于国家煤炭清洁利用、产业升级及生态文明建设战略，大力支撑油气基础性公益性地质调查，以及煤炭产业发展。

2 特种煤信息系统设计与开发

特种煤信息系统聚合特种煤资源、产业等相关数据，具体包括构建资源、产业、市场、环境、水、电、经济社会、评价指标等九大类数据库(图1)，并包括特种煤资源动态评价计算机模型，从地质、经济、环境等多方面动态评价特种煤资源可供性。

图1 全国特种煤信息系统架构图

运用大数据平台，采用Hadoop、Orcale作为数据存储管理平台，后端开发以SpringMVC为软件框架、BootStrap为前端框架，MyBatis做数据持久化，网络以HTTPS协议，通过任务调度系统把数据进行可视化，用ArcGIS做空间展示与分析，MapGIS数字编图，最后用户通过统一身份认证的形式进行登录使用(图2)。

图2 特种煤大数据平台软件架构

本系统主要面向管理机构、企业用户、科研人员、金融机构等。其中，管理机构包括政府部门和行业协会。政府部门主要包括国土资源部、国家发展改革委员会、环境保护部、工业和信息化部、国家能源局等。企业用户包括煤炭生产和销售企业，四大下游行业的企业，港口和运输企业。金融机构包括银行、证券、保险、基金、信托等。

3 特种煤信息系统数据库建设

通过对特种煤资源、水资源、电力、产业和社会经济，环境数据等资料文献及相关书籍的搜集整理，同时大量搜集相关国内外权威网站等数据，对搜集的数据进行详细的整理，同时根据数据的不同类别，进行分类处理，对不同数据格式进行转换，最后进行数据录入，初步构建了特种煤数据库，具体包括资源、产业、市场、环境、水、电、经济社会、评价指标等九大类数据(图3)。入库后要进行校对，及时纠错，确保数据的准确性。根据用户的具体需求，将杂乱无序的数据经过指标梳理、指标编码、前台展现等流程，将结构化有序的数据展现给最终用户。

图3 特种煤数据库架构

3.1 煤炭资源大数据

煤炭资源数据包括了煤炭矿山企业的基本情况、煤质煤类、产能等数据。 煤炭基本情况数据包含了矿井名称、所属分公司、矿井性质、所属省市县、所属矿区、成煤期、剩余服务年限、井田面积、开采深度、最新矿井状态、最新生产能力、投产时间、开拓方式、可采煤层等。基本煤质数据包含了挥发分Vdaf/%、硫分St，d/%、发热量、黏结指数G、胶质层厚度Y/mm等数据。详细煤质数据(主要为入洗的煤矿的煤质)包括的指标为内水Mad/%、灰分Ad/%、挥发分Vdaf/%、硫分St，d/%、发热量Qnet.ar/(kcal/kg)、灰熔融性ST/℃、哈氏可磨性指数HGI等信息。

总体看，我国煤炭资源丰富，煤类齐全，但各煤类数量和地理分布差异较大。我国南方以高变质无烟煤为主，但含硫分过高。北方以中低变质烟煤和褐煤为主；而气煤-贫瘦煤储量较少，尤其质量好的肥煤、焦煤和瘦煤更少。低阶煤(包括褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤)主要分布在我国西北和华北，储量排前三的是陕西、内蒙古和新疆。其中褐煤，主要分布在内蒙古东部、云南中西部和黑龙江东部地区，这三省的褐煤保有储量占全国的96%。辽宁、河北、广西、山东、吉林、甘肃、四川、新疆等省(区)有少量分布。

中变质烟煤(包括气煤、肥煤、焦煤、瘦煤)除上海、福建、海南、香港和台湾外，其余各省都有赋存。其中，保有储量小于1亿t的有北京、广东、西藏；保有储量在1亿～5亿t的有天津、湖北、广西、浙江；保有储量在5亿～10亿t的有江西、甘肃、湖南、吉林；保有储量在20亿～50亿t的有宁夏、云南、江苏、青海、四川、辽宁；保有储量在50亿～100亿t的有黑龙江、河北、新疆、河南、内蒙古、陕西；保有储量大于100亿t的有山西、安徽、山东和贵州。特别是山西省，不仅储量很丰富，而且质量好，品种齐全，气煤、肥煤、焦煤、瘦煤都占有相当大的比例，是我国炼焦用煤的主要基地。

高变质煤(包括无烟煤和贫煤)广泛分布在我国中南、西南、华东南部和山西、河南等地区。从资源数量看，我国高变质煤主要分布在山西和贵州两省。山西集中分布在晋东南地区，贵州集中分布在黔中一带。两省高变质煤储量约占全国同类煤的75%。

3.2 水资源大数据

当前煤炭产业对水资源的管理与优化比较薄弱，水资源是煤炭产业发展的重要条件，精心选择少数煤水组合条件好的局部地区对发展规划煤炭产业起决定作用，因此水资源数据的搜集紧密关系着本系统的实用性。水资源数据搜集了全国各省市水资源情况，包括基本情况、降水量总量、平均降水量、水资源量、供水量、耗水量、水价等信息。同时编制了全国水资源供应现状图、全国煤炭资源、煤化工企业与水资源分布图系列图件。

从流域看，各大流域的水资源分布与地区分布大体一致，水资源最为丰富的是南方长江区、西南诸河以及珠江区，而辽河、海河和黄河区的水资源普遍匮乏。 从各地区分布看，总体表现为南方多，北方少，东部多，西部少，山区多，平原少[1]。我国西藏的水资源总量最大，其次是四川、广东、云南、广西、湖南、江西和黑龙江。

3.3 产业类大数据

产业数据包括了国内煤化工企业(已建、在建和拟建)的基本情况、产能、投资额、建设阶段、工艺路径、煤炭来源、产品、产量、销售额、利润、缴税额、利税、吨产品综合生产成本、吨产品销售价格、吨产品耗煤量、吨产品耗水量等信息。

煤化工产业布局现状与我国煤炭资源布局相同，主要分布在我国西北和北方，南方地区主要分布在贵州和安徽。国内煤化工企业(包括已建成、在建和拟建)共有189家，其中绝大多数分布在内蒙古、新疆、陕西、山西等重要产煤大省。

3.4 市场类、电力类等大数据

市场类数据包括国内外权威机构发布的相关企业的规模、结构、布局、股权信息。

电力数据包括省份、电厂名称、经度、纬度、发电装机容量(kW)、发电量(万kW·h)、利用小时、厂用电率、发电标准煤耗、供电耗用原煤量、发电耗用原煤量等数据。

社会经济类数据包括人口规模、流动人口、老龄化率、基础设施、城市化率、年龄构成、城市消费力、GDP、居民收入支出、利用GIS系统实现地理边界的可视化。

环境数据主要指空气质量情况，包括空气质量指数、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO、PM10等信息。

总之，本数据库为特种煤资源信息系统建设框架提供有力支持，为煤化工产业布局和规划提供单要素和多要素的数据支撑。本数据库严格按照数据库物理模型和参照完整性规则，录入数据，控制质量。

4 特种煤信息系统主要应用场景

运用大数据分析方法、GIS决策支持模型启动建设特种煤信息系统，空间展示中国特种煤资源分布、煤化工产业环境生态功能区等信息，系统查询不同炉型适应的煤炭资源，基本建成具备查询与辅助决策功能的特种煤信息系统，为煤化工产业布局以及特种煤的开发利用提供单要素及多要素支持，有效支撑油气基础性公益性地质调查及煤炭产业发展，服务于国家煤炭清洁利用与产业升级战略。

系统模块功能主要包括资源、产业、环境承载力三部分系统可以快速动态评价特种煤资源家底，从全国级-省级-市级-县级不同尺度进行特种煤资源信息查询，通过用户给定的条件，最小单元查询到矿区级，不仅输出空间分布，并且能综合分析提取出煤炭资源储量、煤质参数区间、煤种、利用现状、市场价格等信息，还能统计出一个地区特种煤炭资源的资源储量、产能等，也可以根据空间分析和空间传递原理，可以实现特种煤产地和消费地之间的多种配置和最短路径分析，达到节约运输时间和运输费用的目的(图4)。在目前突出的资源环境约束、严峻的节能减排形势下，解决好煤化工产业的环境影响问题是该产业获得持续性发展的必需条件[2]，环境承载力模块主要包括水资源承载力和温室气体两部分。

图4 特种煤信息系统主要功能模块的划分

4.1 基于GIS的特种煤空间信息查询

特种煤资源空间分布查询涵盖资源禀赋、资源类型、应用GIS技术将中国已查明的煤炭矿产地的空间位置标注在1∶500万的地图上，系统可以快速动态评价特种煤资源家底，从全国级-省级-矿区级不同尺度进行特种煤资源信息查询与空间分布情况，通过用户给定的条件，最小单元查询到矿区级，用户还可以通过鼠标缩放，查看矿产地周边地理特征、交通信息、工业园区等信息，分多个层次分级展示不同的数据层级，逐级渲染，地物表达遵循国家地理信息标准图例，同时针对特种煤特殊的专题要素如煤化工企业、电力企业、制作特殊图例展示。

4.2 煤化工产业动态分析

通过关键字查询，输入煤化工企业名称，该系统不仅能快速定位并空间展示查询的企业，同时提供该企业基本信息，包括项目名称、所在盟市县、业主、产能、投资额、建设阶段、投产时间、工艺路径、煤炭来源、产品、产能等信息。同时系统设定了省市下拉框，用户可以自行限定区域查询。用户可根据需求对所提供的煤化工企业信息进行保存、提取、导出、打印。

4.3 配煤分析

用户通过关键字查询，快速定位并空间展示所需的煤质要求的煤炭资源所在地，为煤化工企业用户提供最佳煤炭资源，提供多种解决方案。关键字查询分别按水分、灰分、挥发分、灰熔点等基本煤质要求设置，同时分别对各指标进行上下限限制，用户根据自己的用煤需求灵活配置，满足配合煤质质量要求，计算出设定范围内允许的全部配方，自动给出成本最低的配煤方案，也可以列出所有配煤方案，精确定位复合用户要求的煤炭矿区位置，并具有保存、提取、导出、打印煤炭矿区属性的功能。

5 结 语

特种煤信息系统严格按照软件工程的科学研发流程，在设计阶段紧跟国家的经济发展目标、产业的需求，针对性的设计各功能模块，更能有效支撑油气与能源基础性公益性地质调查，以及煤炭产业发展，从宏观上对我国特种煤炭资源进行优化配置，填补了特种煤资源信息化的空白，并为国家能源消费结构优化、煤炭产业转型升级提供基础信息和数据的支撑，最终为保障我国能源安全，推进资源节约型、生态文明型、环境友好型社会的建设，起到现实而重要的意义。

[1] 谢克昌.煤炭资源与水资源[M].北京：科学出版社，2015：40-43.

[2] 李莉，宋岭.区域煤化工产业生态系统构建思路初探——以新疆为例[J].地域研究与开发，2010，29(2)：29-33.

Development and application of China special coal information system

ZHAO Ting1，2，3，LIU Chao1，2，3，CHEN Zizhan1，2，3，ZHOU Fengying1，2，3，YAN Qiang2，3

(1.Research Center for Global Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；3.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Beijing 100037，China)

The coal industry is a basic industry related to national economic lifelines，under the structure of China's energy consumption is dominated by coal，not only to the development of the energy industry，but also to clean utilization of coal for protect the environment，so it is essential to make scientific decision for the development of clean coal industry.In order to find out the special coal’s resources，and to achieve the goal of clean utilization of coal，based on national reserve utilization survey database，the degree of protection of the database as well as domestic and international authoritative website and other related data，use large data analysis methods，GIS decision support model for the development of special coal information system.Finally，built special coal information system of the only domestic，the top of world，and service users from all，and it is effective support for geological survey of oil & energy and gas and the development of the coal industry.

geographic information system(GIS)；special coal；the coal industry

2017-03-20 责任编辑：宋菲

地质矿产调查评价项目“全国特种煤资源综合评价与信息系统建设”资助(编号：DD20160189)；地质矿产调查评价项目“能源安全综合研究与动态跟踪评价”资助(编号：DD20160084)

赵汀(1975-)，男，博士，硕士生导师，主要从事数学地质和资源评价研究工作，E-mail：771899460@qq.com。

F407.21；TP311

A

1004-4051(2017)07-0057-04