煤礦安全生產地理信息系統技術現狀及展望
2006-03-22
來源:《勞動保護》
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引言
隨著我國對煤礦安全生產的重視，煤礦安全生產管理信息逐漸成為現代煤礦安全生產管理中的最顯著特征。信息的采集、傳遞、處理、控制和管理成為現代煤礦安全管理科學中重要的技術基礎，也成為實現礦山生產、管理、安全保障等現代化程度的技術保障。目前在工業技術發達國家和多數發展中國家都已經形成了比較完善的安全生產管理信息網，其內容包括安全生產法規及其查詢系統、安全衛生信息統計決策支持系統等。作為安全生產過程中的安全信息管理，是目前煤礦生產管理過程中最薄弱的環節之一。
2 煤礦安全生產地理信息系統的概念及體系結構
2.1煤礦安全生產地理信息系統
地理信息系統（GIS）是描述、儲存、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門交叉學科，是以地理空間數據庫為基礎采用地理模型的分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。目前，煤礦安全生產地理信息系統的開發包括兩方面的內容，一是利用計算機語方言（VB、VC等）結合其它軟件（AutoCAD等）開發具有自己知識產權的信息系統，二是基于GIS的基礎，利用它的函數庫二次開發功能，開發出專用的地理信息系統軟件。而煤礦安全生產地理信息系統是將地理信息技術與煤礦安全生產信息結合起來，充分發揮地理信息系統的作用，實現煤礦安全生產信息資源的共享與應用，是地理信息系統在煤礦中的具體應用。
2.2基本體系結構
基于INTERNET的煤礦安全信息管理系統，是結合煤礦安全監察的需要和當代先進的因特網技術構建的。基體系結構主要由：文本數據庫（包括新聞類、政策法規類、學術論文類、煤礦安全監察類）、圖形數據庫和INTERNET網絡組成。
基于Web GIS技術支持，集成地測數據并實時跟蹤井下安全監測系統，全部數據統一存儲于后臺數據庫構建的煤礦安全信息共享與網絡決策平臺，主要由空間數據存儲平臺，安全專業楊關應用平臺和Web協作服務平臺三部分組成。
基于GIS的煤礦安全管理系統，以生產安全為中心提供監測、分析、規劃、決策等功能。整修系統按功能可分為：生產安全決策管理（生產調度）系統、礦崇山峻嶺地理信息管理系統、礦崇山峻嶺全面質量監控系統和網絡服務支持系統。
總之，現階段國內煤礦安全生產地理信息系統體系結構主要由安全生產系統個息庫、圖形信息庫、屬性信息庫、網絡支持系統及用戶系統組成，主要是通過企業局域網在企業內部實現信息共享。
2.3煤礦安全生產地理信息系統的現狀
礦山災害十分頻繁，安全管理技術還需要投入較大力度，特別是在安全信息管理技術方面開展不同程度的控制害的模型研究與系統開發工作。縱觀目前煤礦安全生產地理信息系統技術，開發大致可分為以下幾大類。
2.3.1異構數據切換查詢的系統
基于VB、VC語言開發環境結合關系型數據庫及AutoCAD數據庫，實現煤礦圖形處理與非圖形物一般性處理。友好的用戶界面，各個子系統上網并入綜合信息系統，各類用戶可以進行直接查詢，為煤礦安全、生產、經營管理發揮了巨大的作用。系統的圖形信息通過AutoCAD數據庫實現定期添圖，反映實際生產情況，采用拼圖方式來滿足實際需要，缺點是如果需要在同一坐標位置下了解多個煤層的空間關系時就無能為力了。如果同時調用數據，只能瀏覽數據報表，而無法實現圖形和數據鏈接。圖形的處理和非圖形的一般屬性數據往往是分離的，用戶必須在兩者之間切換，導致系統性能降低。
2.3.2 具有分析功能的信息系統
基于美國環境系統研究所（ESRI）研制的Arc View GIS開發平臺，結合關系型數據庫的煤礦安全生產地理信息系統，除了能夠實現地理信息系統的一些基本功能，存儲、分析和表達對象的屬性信息，而且能夠處理其空間定位特征，能將空間信息和屬性信息有機的結合起來，從空間和屬性兩個方面對現實對象進行查詢、檢索和分析，并將結果以各種直觀的形式，形象而又不失精確地表示出來。如果應用Arc View GIS提供的面向對象的編程語言Avenue，用于建立符合用戶特定要求的圖形界面和二次開發。其空間分析功能，為安全決策者提供了有力的輔助決策依據。但Arc View GIS無法進行地理坐標的投影和配準，在線要素編輯方面線型圓滑等方面還無法實現。
2.3.3具有圖形編輯和空間數據采集功能的系統
煤礦安全生產地理空間特性決定了煤礦安全生產信息系統必須采用空間與屬性分析相結合的綜合地理思維分析工具。基于美國MapInfo公司研發的MapInfo平臺的煤礦安全生產地理信息系統以數據表示空間分布，數字和圖形融為一體，支持數字思維與空間思維同時進行，能夠建立準確、一致的信息來源渠道，加快安全生產信息的流通速度，實現安全生產管理的科學化。箉是其強大的編圖工具箱，用戶可以對各種圖形元素任意進行增加、刪除、修改等編輯，且操作簡單、方便，同時提供的高斯投影，在線要素的編輯等功能，同時克服了Arc View GIS不能提供線型圓滑，空間數據采集功能等多種數據庫及遠程數據庫的缺點。可見MapInfo是適合我國國情開發又適合煤礦特殊性行業的地理系統軟件。但其空間數據結構是不具備拓撲關系的，因此相對部門級、企業級地理系統而言其空間分析能力較弱。
2.3.4 具有生產信息智能決策的系統
以計算機和空間數據庫技術為基礎，以Internet技術為紐帶，基于GIS技術支持的煤礦安全信息共享與網絡決策平臺，實現了安全生產數據的動態管理與分析、通風隱患情況的自動報警。其獨具特色的基于Web協作服務平臺，實現了管理決策層、專家層的實時聯機處理分析決策與監督管理。
3 煤礦安全生產地理信息系統需完善的方面
3.1 實現多元數據的無縫縫合
災害有其孕育、發生、發、轉化的時間與空間位置和范圍，災害發生的環境背景信息對于災害防治決策的制定以及對災害評價有十分重要的作用，因此地理空間信息在災害控制中始終占有非常重要的地位。災害信息各種各樣，其數據有歷史的、現代的、實時的，有孕育災害環境的、致災因子的。掌握災害這一系列與地理空間分布有關的數據，對地理信息系統分析極為重要。依據導致事故的理論原則和條件，一個完善的安全信息系統應該有一個設計完善的地理空間數據庫、各種屬性數據庫以及各種導致事故的事件數據庫支持。而事件的獲得只有依靠對生產一線情況的了解才能得到。因此，煤礦安全生產地理信息系統數據應包括如下內容：自然環境背景數據庫、經濟背景數據庫、災害歷史數據庫、安全生產監測系統信息庫、空間圖形信息庫、空間屬性信息庫、煤礦地質信息庫等。通過數據融合技術實現多元數據的無縫縫合，以多尺度、多方式形象地反映災情與災害背景信息。
3.2 模擬仿真技術有待進一步發展
模擬仿真技術是通過圖形（圖像）反映災害狀況的最好手段，煤礦災害同其它地理現象一樣，具有空間定位性。通過模擬仿真技術可將各種數據或分析成果，如災害類型分布、災害危險程度分區、災情動態演變、損失及救災措施、規劃等直觀而有效地交互式的顯示在電子地圖上。管理人員通過查看歷史曲線，利用實踐經驗，科學預測災變或發展趨勢，做出準確的分析判斷，并給出相應的反饋信息和決策，進而做到科學指揮，將災害消滅于萌芽狀態或將災害損失降到最低限度。利用GIS技術還可以進行災害模擬，使我們可以在無損現場數據的條件下，研究災害的發生、發展規律，檢驗防災系統和方案是否合理。
進一步模擬仿真技術還應支持虛擬現實技術，當觀察者進入虛擬的開拓系統中，應能觀察到巷道的支護情況，頂底板及兩幫巖性，機電設備的運轉狀況等。使決策者如同身臨其境，各種可能方案的優劣比較也清楚明白，在防災減災決策時減少盲目性。
3.3 自動化控制功能的欠缺
煤礦安全生產生產信息系統從開發起就把重點放在信息的監測等方面，并沒有投入足夠力量研究自動控制。而安全生產是一項系統工程，涉及信息科學、控制科學、管理科學等。在事故即將發生的千鈞一發之際，生產控制系統能利用安全生產信息系統的信息啟動安全防護設備，控制災害發生，減少災害損失。
4 煤礦安全生產地理信息系統展望
從開發煤礦安全生產地理信息系統入手，運用GIS技術、數據庫技術計算機網絡技術實現管理信息、生產信息、安全信息一體化自動采集、共享、應用。再進一步運用數據倉庫技術模擬仿真技術、自動控制技術發集監測、控制、和管理決策于一體的自動化安全監控體系的煤礦安全生產信息系統將是信息社會中煤礦安全生產的重要組成部分。
5.1 運用數據融合技術實現多元數據的無縫縫合
安全生產地理信息系統運用數據融合技術對不同來源、不同表達方式、不同內容主題的多源信息和數據在一定準則下加以自動綜合、處理、分析；按照一定的標準進行時間優化與空間尺度的結合，即對空間多尺度和時間多尺度的地理空間數據進行融合處理，可以更好地反映災害發展規律，實現多元數據的無縫縫合。以多尺度、多方式形象地反映災情與災害背景信息，為管理決策者提供準確可靠的第一手資料。
5.2 啟動安全防護設備應急控制體系實現防災、減災
專業模型與專家系統信息庫在緊急時刻可繞過一般控制程序，直接作用于生產現場安全生產設備，控制災害發生、減少災害損失。