gis在開采沉陷領(lǐng)域應(yīng)用及與專業(yè)模型的結(jié)合

1、第 2 8卷 第 4期 2 0 0 3年 8月武 漢 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ·信 息 科 學(xué) 版 Ge o ma t i c sa n dI n f o r ma t i o nS c i e n c eo fW u h a nUn i v e r s i t yVo1 ． 2 8No ． 4A u g ． 2 0 0 3文章編號(hào) ： 1 6 7 1 — 8 8 6 0 ( 2 0 0 3 ) 0 4 — 0 4 6 3 — 0 5

2、文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： AG I S 在開采沉陷領(lǐng)域應(yīng)用及與專業(yè)模型的結(jié)合 杜培軍 郭達(dá) 志方濤 施鵬 飛( 1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)測(cè)繪與空間信息工 程研究所 ， 徐州市泉 山區(qū)翟 山， 2 2 1 0 0 8 )( 2 上海交通大學(xué)圖像處理與模 式識(shí) 別研究所 ， 上海市華 山路 1 9 5 4號(hào) ， 2 0 0 0 3 0 )摘 要 ： GI S在開采沉 陷領(lǐng)域 的應(yīng) 用可從數(shù) 據(jù)與信 息管理 、 基本 空問分析 、 GI S與專業(yè)模 型結(jié)合 、

3、空問決 策支 持 系統(tǒng)建立四個(gè)層次進(jìn)行 。G I S與專業(yè)模型結(jié)合是 目前 最主要 的應(yīng)用方式， 其 實(shí)現(xiàn)方法 包括基 于數(shù) 據(jù)傳輸 的松散 式結(jié)合 、 基 于共 同用戶界面的表面無縫結(jié)合 、 內(nèi)嵌 式結(jié)合等 ， 基 于組件 開發(fā)技 術(shù)實(shí)現(xiàn)二 者結(jié)合的方法最具 前景 ， 符合 當(dāng)前 GI S發(fā)展 的趨 勢(shì)。實(shí)踐證 明， GI S與開采沉 陷專業(yè)模型結(jié)合具有 明顯的優(yōu)越性 。關(guān) 鍵 詞 ： 開 采 沉 陷 ； 地 理 信 息 系統(tǒng) ； 專

4、 業(yè)模 型 ； 空 間分 析 ； 組 件 中圖法分類號(hào) ： P 2 0 8目前 ， 大 多 數(shù) GI S軟件 都具 有 基本 的空 間 分 析功 能 ， 這 些功 能 可 解決 相 關(guān) 領(lǐng) 域 的一 些 基本 問 題 ， 但 在 一 些 大 型 、 綜 合 、 復(fù)雜 的應(yīng) 用方 面 則 存 在 較大 的局 限性 。不 同應(yīng) 用領(lǐng)域 對(duì) 數(shù)據(jù) 分析 與處理 有 不 同 的要 求 ， 將 GI S與面 向特定 領(lǐng) 域 的 專 業(yè)應(yīng) 用模 型

5、 相結(jié) 合 ， 進(jìn) 行 有 關(guān) 的數(shù) 據(jù) 處 理 、 信 息 管理 、空 間分析 、 反演 預(yù) 測(cè) 、 決策 支 持 等 ， 已成 為 GI S研 究 的一個(gè) 重要 方 向E I ~ 4 3 。開采 沉陷是 一 種典 型 的人 類 活動(dòng)誘 發(fā) 的環(huán)境 損 害 ， 伴生 了多 種資 源 與環(huán)境 問題 ， 同時(shí)還會(huì) 誘發(fā) 其 他 環(huán)境地 質(zhì) 災(zāi)害 ， 進(jìn)而 可能 引發(fā) 社會(huì) 經(jīng)濟(jì) 問題 ，極 大地 影 響著 工礦城 市 的可持 續(xù) 發(fā)展 。

6、GI S是塌 陷災(zāi) 害分 析 與治理研 究 最有效 的 工具之 一 。本文 擬 從 GI S在 開采 沉 陷領(lǐng) 域應(yīng) 用 的策 略 與方 法 、 開 采 沉 陷專業(yè) 模 型 與 G I S結(jié)合 的角 度 出 發(fā) ， 對(duì) 相關(guān) 問題進(jìn) 行研 究 。1G I S應(yīng) 用的策略與方法 1 )GI S用 于 數(shù) 據(jù) 管 理 與 表 達(dá) 。開 采 沉 陷是 一 種 復(fù) 雜 的三 維 、 動(dòng) 態(tài) 過程 ， 涉及 的資料 、 信 息 復(fù) 雜繁多 ， 既

7、有井下 、 地面不同空間位置的信息 ， 又 包 括地 質(zhì) 、 采礦 、 基建 、 測(cè) 繪等 領(lǐng)域 的數(shù) 據(jù) ， 必 須提 供 一個(gè) 有效 的 數(shù) 據(jù) 管 理 工具 ， GI S無 疑 具 有 明顯 的優(yōu)越 性 。在進(jìn) 行 井 下工 作 面 管 理 時(shí) ， 以 GI S為 平 臺(tái) ， 將 各開 采工 作面 、 井下 巷道 的信 息 以矢量 方 式進(jìn) 行組 織 ， 將 工 作 面 特 征 信 息 用屬 性 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 存 儲(chǔ) ， 實(shí)現(xiàn) 井下

8、 生產(chǎn) 系統(tǒng) 的管 理 、 顯 示 與查詢 等 。同 時(shí) ， 根據(jù) 平面位 置 實(shí)現(xiàn)地 面 與井 下 的對(duì)應(yīng) ， 將地 面 圖形 與屬 性數(shù) 據(jù) 用 GI S進(jìn) 行 組 織 ， 實(shí)現(xiàn) GI S平 臺(tái) 下地 面 、 井 下 數(shù) 據(jù) 綜 合 管 理 ， 用 于 制 圖 、 設(shè) 計(jì) 、 查 詢 、 規(guī)劃 等 。這一 應(yīng) 用 的 核 心 是 建立 空 間與 屬 性 數(shù)據(jù) 庫(kù) 。2 )GI S空 間 分 析 功 能 的 應(yīng) 用 。GI S具 有

9、的 緩 沖區(qū) 、 疊加 、 網(wǎng) 絡(luò) 、 DT M 等 分 析 功 能 ， 可 以解 決 一 些 實(shí) 際問題 。緩 沖 區(qū)分析 能夠快 速 確定 開采 的 影 響范 圍 ， 提取 受 影響 的建 筑物信 息 ， 提供 開采 方 案比較與征遷費(fèi)用計(jì)算需要的數(shù)據(jù)。疊加分析用于多因素綜合評(píng)價(jià) ， 能夠?qū)λ?陷土地復(fù)墾治理潛 力進(jìn) 行 分析評(píng) 價(jià) 。DT M 可 以 在塌 陷盆 地 等 高 線 的基 礎(chǔ)上 進(jìn)行地 形 分析 ， 為塌 陷地 治理

10、、 土地 復(fù) 墾 工程量計(jì)算、 水土流失防治等提供技術(shù)支持 ， 并將 得 到的分 析結(jié) 果 以可視 化形 式表 達(dá) 與輸 出 。這 一 層 次應(yīng) 用 的關(guān) 鍵 在 于 GI S空 間 分 析 功 能 的 建模 能滿 足領(lǐng) 域 的應(yīng) 用 要求 。3 )基于 GI S的決 策 支 持 系 統(tǒng) 。GI S與 專業(yè) 模 型的結(jié) 合可 以解 決 領(lǐng)域 的應(yīng) 用 需 求 ， 但 兩 者 仍 未實(shí) 現(xiàn) 整體 的融 合 與一 體 化 ， 以 GI S為

11、基 礎(chǔ) 的空 間決 策 支持 系統(tǒng) ( S DS S ) 則 是 GI S應(yīng) 用 的最 高 層 次 。在這 一層 次 ， GI S 、 專 業(yè) 模 型 、 遙 感 與 G P S等 收 稿 日期 ： 2 0 0 3 — 0 3 — 0 1 。項(xiàng) 目來 ： 高校博士點(diǎn)基金資助項(xiàng) 目( 2 0 0 1 0 2 9 0 0 0 6 ) ， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)科技基金資助項(xiàng) 目( O P 1 0 6 7 ) 。維普資訊 http://www.cqvi

12、p.com 第 4期 杜培軍等 ： GI S在開采沉 陷領(lǐng)域應(yīng)用及 與專業(yè)模 型的結(jié)合 縫 的、 一體 化 的。用 戶通 過 對(duì)界 面 部件 如 菜單 、 命 令按鈕等的操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用、 數(shù)據(jù)傳輸 ， 在應(yīng)用 的方便性、 效率方面均有一定的改善， 如圖 3 所示。統(tǒng)一的用戶界面 GU IG I S數(shù)據(jù)文件與公共數(shù)據(jù)管理 專業(yè) 應(yīng) 用 空 間分析模型 圖 3 基于共同用戶界面 的表 面無縫結(jié)合方式

13、 Fi g ． 3S u r f a c eS e a ml e s sCo mb i n a t i o nB a s e do nCo mmo nUs e rI n t e r f a c e2 ． 2 ． 3在 GI S中嵌 入 專業(yè)模 型 隨著 技 術(shù) 的發(fā) 展 ， GI S與 專 業(yè)模 型 的結(jié) 合 應(yīng) 盡 量實(shí) 現(xiàn)兩 者在 內(nèi)核 上 的集 成 、 在線 的連 接 、 有 機(jī) 的聯(lián) 系 ， 即嵌 入 式 的 結(jié) 合 ， 最 常

14、 用 的 是 在 GI S中嵌 入專業(yè) 應(yīng) 用模 型 ， 如 圖 4所 示 。G I S二 次 開 發(fā) 在 其 中發(fā)揮 著重要 作 用 ， 如 利 用 Ma p I n f o的 Ma pB a s i c 、 Ar c VJ e w 的 AVE NUE、 Ar c ／ I n f o的 AML進(jìn) 行開 發(fā) 。另外 ， 隨 著 GI S開 發(fā) 平 臺(tái) 開放 性 的增 強(qiáng) ， 在 G I S中可直接嵌入用其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編 寫 的模塊 。

15、I嵌 入 專 業(yè) 模 型 的 G I sfl： 篙 分 析蘭 竺 蘭 三專 業(yè) 模 型flIG I S 二 次 開 發(fā)l窄 間 分 析 算 法I圖 4GI S中嵌入專業(yè)模型的集成方式 F i g ． 4Emb e d d i n gPr o f e s s i o n a lM o d e li nGI S2 ． 2 ． 4 在 專業(yè)模 型 中嵌入 GI S功能模 塊 在進(jìn) 行 面 向?qū)?業(yè) 應(yīng) 用 的 系統(tǒng) 開 發(fā) 時(shí) ， 應(yīng) 用 一

16、 些 GI S功 能模 塊 實(shí) 現(xiàn) 圖 形 與 屬 性 數(shù) 據(jù) 管 理 、 表 達(dá) 、 分析 及可 視化 顯示 等功 能 ， 從而 實(shí)現(xiàn) 專業(yè)模 型 與 GI S的 整 體 結(jié) 合 ， 如 圖 5所 示 。 這 種 方 式 的 嵌入 G I S 功能模型塊 的專業(yè)模型fl專業(yè)模型 竺 竺 蘭 三a據(jù) 厙●IIl問分析系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)程序G I S 功能模塊 既 念邏輯框架 設(shè)計(jì)語(yǔ)言G I S 數(shù)據(jù)庫(kù) 圖 5 在專業(yè)模 型中嵌入 G I

17、 S功能模塊 F i g ． 5Emb e d d i n gGI SF u n c t i o ni nPr o f e s s i o n a lMo d e lGI S模塊 的開發(fā) 尚缺乏 統(tǒng)一 的標(biāo) 準(zhǔn) ， 通 用性 較 差 ，而 組件 式 GI S ( C o m GI S ) 的 發(fā)展 則 為這 種結(jié) 合 提 供 了有 力 的支 持 。 針 對(duì) 具 體 情 況 ， 按 照 C OM、C 0R B A、 J a v aB e

18、 a n s 等 標(biāo) 準(zhǔn) 開 發(fā) 的 GI S組 件 ， 可 以標(biāo)準(zhǔn) 的接 口提 供 系 統(tǒng) 開 發(fā)使 用 ， 通 過 組件 組 裝 與集成 實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng) 的開 發(fā) 。2 ． 2 ． 5基 于組 件技 術(shù)的 GI S模 型庫(kù) 開發(fā) GI S應(yīng) 用模 型 可 以表 述 為 Mo d e l 一 [ S ，P，E， I ， O ] ， 其 中 S表示 模 型的屬 性集 合 ， 包括模 型 的標(biāo) 識(shí) I D、 類 型 以及 反 映 模 型 功

19、能 和 行 為 的 變 量 ； P表示對(duì)信息的操作和模 型對(duì)外界的服務(wù) ； E表 示模 型所 產(chǎn) 生 的各 種 事 件 的集 合 ，為模 型 的 多重接 口； O為模 型中操作的次序。將模型的這 一 表示 方式 與組 件 進(jìn) 行 比較 ， 可 以發(fā) 現(xiàn) 兩者 結(jié) 構(gòu) 非 常相 似 ， 因 此 ， 用 組 件 技 術(shù) 開 發(fā) G I S應(yīng) 用模 型 是 可行 的 ] 。從 G I S本 身 的發(fā) 展 看 ， GI S的結(jié) 構(gòu) 體 系經(jīng)

20、歷 了主機(jī)集中計(jì)算模式、 c ／ s計(jì)算模 式和當(dāng)前 的組 件 式 GI S ( C o mGI S ) 3個(gè) 階段 。組 件 式 G I S的開 發(fā)包括 基本 功 能組件 開發(fā) 和 面 向不 同領(lǐng) 域 的專業(yè) 組 件開 發(fā) 。應(yīng) 用 組 件 式 G I S在 充 分 利 用 GI S廠 商 提 供 的 組 件 式 G I S 產(chǎn) 品 ( 如 Ma po b j e c t s ，Ma p X， Ti t a nG I S等 ) 的基

21、礎(chǔ) 上 ， 進(jìn) 行 面向特定 專 業(yè) 分析 應(yīng)用 的專 業(yè) 組 件 開 發(fā) 與 系統(tǒng) 集 成 ， 兼 具 前 幾種結(jié)合方案的優(yōu)點(diǎn) 。這一方法在專業(yè)模型開發(fā) 領(lǐng) 域有 望得 到廣 泛應(yīng) 用 ?；?于組 件式 思想 開發(fā) G I S模 型 庫(kù) ， 具有 軟 件 復(fù)用性強(qiáng)、 結(jié)構(gòu)清晰 、 易于維護(hù) 、 開放性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，易 于實(shí) 現(xiàn) 向決策 支持 系統(tǒng) 的移 植 。 以組件 式 GI S模 型庫(kù) 為基 礎(chǔ) 建立 決 策 支 持 系 統(tǒng)模 型庫(kù)

22、 ， 是基 于 GI S建立決 策 支持 系統(tǒng) 的重要 方 面 。3 應(yīng) 用 實(shí) 例 3 ． 1GI S與 開采 沉陷預(yù) 測(cè)模 型 的結(jié)合 應(yīng)用開采沉 陷 預(yù)測(cè) 預(yù)報(bào) 模 型進(jìn)行 地 面塌 陷值 計(jì)算 的理 論與算法 已有 較多研究 ， 并 已在 實(shí)用 系統(tǒng) 開發(fā) 中得 到應(yīng) 用 。在 G I S支持下進(jìn)行 預(yù)測(cè) ， 可 以充 分利用空 間數(shù)據(jù)與分析模 型 ， 實(shí)現(xiàn) 預(yù)測(cè)結(jié) 果 的實(shí) 時(shí) 可視化表達(dá) 。通過 對(duì) 上述 GI S與專 業(yè)模

23、 型 結(jié)合 方 式的比較 ， 選擇基于數(shù)據(jù)傳輸 的松散結(jié)合方式， 通 過在 G I S與應(yīng)用模型間開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換 模 塊實(shí)現(xiàn) 兩者之 間的數(shù)據(jù) 交互 。采用 VB 6 ．0 作 為 開發(fā)平 臺(tái)， G I S軟 件 采 用 Ar c V i e w， 具 體 的數(shù) 據(jù) 流 程與體 系結(jié) 構(gòu) 如 圖 6 。開 發(fā) 中的關(guān) 鍵 問題 包 括 井 下測(cè)量數(shù)據(jù)處理與采空 區(qū)信息在 G I S中的組織 、維普資訊 http://www.cq