淺析GIS在煤礦區塌陷監測中的應用

■劉瀟

（青海大學青海西寧810016）

淺析GIS在煤礦區塌陷監測中的應用

■劉瀟

（青海大學青海西寧810016）

煤炭資源的開采促進了國民經濟的發展，同時也帶來了不少問題。煤礦塌陷就是其很嚴重的后果之一，GIS的發展逐漸在煤礦區塌陷監測中起到了巨大的作用。GIS在計算機軟件和硬件的支持下，將大量的資源信息和環境參數等信息按照一定的方式進行數據處理，并通過對數據的綜合分析，表示出空間特征與屬性特征隨時間變化的過程，因此可以分析出該地區各項數據指標的發展趨勢，在監測的過程中起到重大作用。

GIS 煤礦區 塌陷監測

煤炭，作為我國最主要的能源之一，它占據了我國一次能源生產和消費的百分比達到了百分之七十左右。雖然開采煤炭對我國的國民經濟發展有著非常大的促進作用，但與此同時其造成的土地資源和生態環境破環也是極其嚴重的，最主要的表現是煤礦區的塌陷問題。一旦發生塌陷事故，必然會對耕地、一定范圍內的土壤和水資源環境以及地面上的建筑和設施造成強烈的破壞，甚者會產生工人的人身安全問題。因此，煤礦區塌陷的監測工作十分的重要。

隨著信息產業的不斷進步與發展，GIS（Geographic Information System地理信息系統，也被稱作地學信息系統）技術的應用也在日漸廣泛，它對于礦區資源監測和礦區環境信息的獲取、管理以及分析可以發揮出巨大作用，可以對煤礦區的地質現象和結構、環境變化和生態效應等方面的信息進行收集、分析和預測，并表示出空間特征與屬性特征隨時間變化的過程。

GIS由硬件、軟件、數據和用戶人員等幾部分組成。硬件包括：主機、網絡和外設，是用來對空間數據進行存儲、處理、傳輸和顯示的。系統的軟件部分有：基礎的GIS軟件、數據庫軟件和一些系統管理軟件，主要用于GIS所需要的數據采集、存儲管理、相應處理、分析、建模和輸出。空間數據庫由數據庫實體和DBMS（數據庫管理系統）組成，作用就是存儲和管理空間數據，以及對數據的增、刪、改、查操作。最后用戶人員就是由系統的開發、使用人員和管理者組成的用戶群體。以下是GIS在煤礦區塌陷監測中的具體應用。

1 GIS在煤礦區的數據采集和輸入

GIS工作是以數據為基礎的，數據就是GIS的靈魂和生命，所以數據的采集是這個系統工作的第一步。GIS將煤礦區附近的所有空間信息及其屬性信息等龐大數據錄入到工作數據庫中，能夠保證煤礦區的地理信息數據與工作數據庫中的數據在空間和內容上的完整性、數值邏輯一致性與正確性。

在煤礦區需要采集的信息比如礦區地質結構、煤層的分布狀況、煤層開采方法、地表建筑物的分布現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據如遙感圖像、航空相片、礦區地圖和各種測量得到的數據以及文本資料等經過必要的編輯修改后，經過數字化處理和圖像處理錄入到工作數據庫中，完成數據的采集輸入工作。

2 將GIS數據進行統一標準化

因煤礦區各種、數據的采集來源是多種多樣的，而且采集的方式方法和標準格式不盡相同，導致數據進行共享和數據分析時，結果的可靠性不能夠保證，不能達到工作的目的，所以要對數據進行必要的統一標準化。

數據統一標準化，就是消除數據間量綱、數量級和不同性質等方面的問題，使之可以達到不同領域和大多數用戶間共享的需要。

GIS在進行數據分析時，必須要注意數據的統一標準化，這樣可以避免那些沒有完善數據服務保證的劣質數據對數據產業的順利發展造成一些不好的影響或者副作用。同時，要重視數據生產質量和規模化GIS數據生產的標準化，加強對GIS數據的管理水平。

在信息產業社會中，任何數據和信息生產企業都會重視數據文件的管理和數據庫的管理技術，因為數據和信息的生產應用同樣是社會生產的主要方式，它就是信息產業社會的資源和財富。現代社會中，數據信息主要通過計算機網絡進行處理和傳輸，當然，DBMS（數據庫管理系統）也在數據存儲和分析中起到的不可替代的作用。

3 GIS對數據進行三維建模和數據分析

在煤礦區進行的礦產開發操作是現實的三維立體空間中，所以對此不能用簡單的數據模型對礦區所有的類型的礦體進行完整全面的描述，而且由于礦井下復雜的巷道和地質構造，決定了在建模的時候必須要同時兼顧三維礦體空間和礦體之間的拓撲關系。因此GIS在進行建模的時候采用了將多種不同數據模型集成于一個系統之中，或者是采用具有多種模型特性的混合數據模型，去適應不同的問題的分析處理。當前因為各方面的原因，普遍是利用了多種不同的數據模型的各自優點，將它們集成在一個系統當中，去實現對煤礦區三維立體空間進行完整有效的描述。

3.1 構建煤礦區的GIS數據模型

為了對煤礦區塌陷進行監測，我們將用GIS技術以實際問題為前提，將GIS與煤礦的開發生產、管理相結合，建立煤礦區各個應用實踐的各種應用模型庫。再根據實際空間對象的特點，建立不同的GIS模型，主要有理論模型、經驗模型和混合模型。按照狀態與過程進行分類可以分為靜態模型、半靜態模型和動態模型。

現在對于煤礦區地表的變形監測已經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行預測。當然，還有更多的模型已經處于應用階段，像層次模型、網絡模型、關系模型等。

3.2 對模型進行分析處理

煤礦區的GIS模型可以真實的反映實際中各種空間地理信息和屬性信息，對煤礦區塌陷預測監測有著巨大的作用。GIS利用柵格技術對煤礦區的塌陷進行預測，即將各種參數輸入到煤礦區的GIS空間模型當中，再對地表網格點進行詳細的計算，利用GIS中那強大的圖形表現和空間分析能力對礦區塌陷進行預測分析，從而得到一些可以反映出煤礦區塌陷的數據。

[1]范云峰.GI S在煤礦區塌陷監測中的應用研究 [A].研究與探討，2010,197.

[2]劉惠德,李和林,李志強.GIS在礦山中的應用探討 [J].西山科技,2000(6):25-27.

[3]文玲俐.標準化數據庫系統工程新進展 [EB/OL].http://abc.wm23.com/wenlingli/ 136408.html，2011-11-19.

[4]周愛仙.煤礦區生態環境現狀評價及預警研究 [C].濟南:山東師范大學,2006:315-319.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-354-1