郭彩霞，張 強(qiáng)，張建杰，郜春花，靳東升

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，山西太原030012）

礦區(qū)地理信息系統(tǒng)（Mine Geographic Information System，簡(jiǎn)稱MGIS）是在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下，以地理科學(xué)、信息科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)、礦業(yè)科學(xué)等為基礎(chǔ)，對(duì)礦區(qū)有關(guān)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析，并實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的規(guī)劃、生產(chǎn)、抗災(zāi)、環(huán)保和管理的定量化、定位化、科學(xué)化，以構(gòu)建信息的快速查詢、分析、決策服務(wù)的技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)為目標(biāo)[1]。

本研究以山西省為研究對(duì)象，結(jié)合山西省工礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建技術(shù)研究工作，以地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了山西省煤礦資源數(shù)據(jù)庫和動(dòng)態(tài)更新、礦區(qū)生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)與決策集成的工礦區(qū)復(fù)墾管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立對(duì)于山西省煤礦資源高效管理、政府決策有著重要的實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

山西省位于中國北部黃土高原上，地處黃河流域中段，南起北緯34°34′，北至北緯40°44′，東起東經(jīng)114°32′，西至東經(jīng)110°15′，北接內(nèi)蒙古，南界河南，西隔黃河與陜西相望，東以太行與河北為鄰。全省國土面積15.6萬km2，轄11個(gè)地級(jí)市，119個(gè)縣（市、區(qū)）。山西之長(zhǎng)在于煤，山西之短在于水。山西省總的自然特征是山多川少、煤多水少，十年九旱，水土流失嚴(yán)重[2]。

山西省是煤炭大省，自北向南分布有大同、寧武、西山、河?xùn)|、沁水、霍西六大煤田（含38個(gè)勘探礦區(qū)）和渾源、繁峙、五臺(tái)、垣曲、平陸5個(gè)煤產(chǎn)地，山西省煤炭資源總量占全國煤炭資源總量55 731.60億t的11.8%，保有查明的煤炭資源儲(chǔ)量占全國保有查明資源儲(chǔ)量10 211.86億t的26%，居全國之首。

山西省石炭—二疊系及侏羅系含煤面積5.9×104km2，占全省國土面積近40%。全省119個(gè)縣（市、區(qū)）中有94個(gè)賦存煤炭資源，其中有煤礦開采的85個(gè)，占90%[3]。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

引進(jìn)WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和基于面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)技術(shù)，改變長(zhǎng)期以來礦區(qū)信息資料存儲(chǔ)、管理和分析等傳統(tǒng)的方式，采用現(xiàn)代技術(shù)手段提高數(shù)據(jù)管理、分析的效率和可視化程度，為政府部門管理數(shù)據(jù)和決策提供強(qiáng)有力的依據(jù)；通過復(fù)墾類型決策模型以及面向公眾的礦區(qū)復(fù)墾管理信息和發(fā)布系統(tǒng)，使礦區(qū)復(fù)墾真正服務(wù)于全社會(huì)。

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理、查詢和動(dòng)態(tài)更新，基于礦區(qū)的復(fù)墾模式?jīng)Q策、專題圖件和決策報(bào)表的打印輸出，宏觀上指導(dǎo)省域內(nèi)的煤礦、煤炭資源管理和復(fù)墾模式的確定（圖1）。

圖1 系統(tǒng)主界面

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循以下4個(gè)原則。

（1）規(guī)范化原則。系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)移植改造和系統(tǒng)開發(fā)小組分工、協(xié)作具有重要意義。本系統(tǒng)開發(fā)過程中，制定了山西省土壤分類標(biāo)準(zhǔn)，建立了山西省煤礦資源標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合地形地貌、氣象數(shù)據(jù)、土壤類型和植被類型等確定了山西省六大復(fù)墾類型。（2）科學(xué)性原則。復(fù)墾類型的確定是建立在連續(xù)3年實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，確保了相關(guān)模型決策結(jié)果的科學(xué)性。（3）實(shí)用性原則。系統(tǒng)用戶是政府決策部門和社會(huì)大眾，因此，必須確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、可視化界面和操作習(xí)慣來滿足用戶的需求。（4）擴(kuò)展性原則。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)、模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)的設(shè)計(jì)上為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和功能庫保留了擴(kuò)展的空間。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B／S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大眾化信息服務(wù)和輔助決策功能（圖2）。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.4 開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境

2.4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 系統(tǒng)開發(fā)硬件環(huán)境：高檔微機(jī)，內(nèi)存1 Gb以上，CPU 1.7 GHz以上，硬盤存儲(chǔ)空間30 G以上，可選工程繪圖儀、掃描儀等輸入輸出設(shè)備。

系統(tǒng)開發(fā)軟件環(huán)境：Windows XP／Server 2003 Enterprise，Internet Information Server（IIS）6.0，Microsoft.net framework 2.0及 SDK 開發(fā)組件，Web發(fā)布平臺(tái)采用Supermap IS.net 2008企業(yè)版和Supermap Objects 2008運(yùn)行版，開發(fā)平臺(tái)采用Microsoft Visual C#。

2.4.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境 Internet客戶端運(yùn)行環(huán)境：普及型PC機(jī)，Internet Explore7.0及以上。

不良反應(yīng)以Ⅰ、Ⅱ級(jí)為主，包括惡心嘔吐、腹瀉、肝功能異常、骨髓抑制、潰瘍，除6例減量為200 mg外均未影響正常治療，見表1。

Internet服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境：中高檔服務(wù)器，Windows Server 2003 Enterprise,Microsoft.net framework 2.0，3.5，Supermap IS.net 2008 企業(yè)版和Supermap Objects2008。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)和決策系統(tǒng)是基于組件技術(shù)的應(yīng)用型系統(tǒng)。應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)是指在一定的地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過二次開發(fā)得到的適用于一定應(yīng)用目的的系統(tǒng)，它可直接應(yīng)用GIS平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)編輯、分析和管理功能，通過GIS圖形信息瀏覽使用戶操作更加簡(jiǎn)單方便。本系統(tǒng)通過C＃編程環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)Supermap IS.net地理信息開發(fā)平臺(tái)與專業(yè)模型的集成（圖3）。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)充分參考了“土地利用數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)”、“金土工程”、“農(nóng)用地分等定級(jí)”技術(shù)規(guī)程，并結(jié)合山西省實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，從而確保數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化和模型庫、方法庫與數(shù)據(jù)庫的相對(duì)獨(dú)立性。

3.2.1 空間數(shù)據(jù)庫 初始空間數(shù)據(jù)包括第二次土壤普查系列專題圖件，通過掃描儀將紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換為柵格圖像后，經(jīng)過矢量化和拓?fù)涮幚砩?，包括山西省行政區(qū)劃圖、山西省土壤類型圖、煤礦點(diǎn)位分布圖、煤類分布圖、山西省土地利用現(xiàn)狀圖和山西省氣候類型分布圖。使用的柵格數(shù)據(jù)主要是山西省DEM數(shù)字高程模型，可用來提取地形、地貌特征和計(jì)算坡度。

3.2.2 屬性數(shù)據(jù)庫 它與地理要素相關(guān)，主要是煤礦點(diǎn)位信息數(shù)據(jù)，包括煤礦信息的年產(chǎn)量、開采方式、煤層厚度、開采年限等。

3.3 程序模塊化設(shè)計(jì)

在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫和模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，采用組件化模型庫設(shè)計(jì)方法，在規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)條件下，實(shí)現(xiàn)模型的動(dòng)態(tài)更新以及模型與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性。

3.3.1 圖形操作模塊 可實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖數(shù)據(jù)的基本操作：包括地圖的放大、縮小和漫游；并可根據(jù)圖形查詢屬性，根據(jù)屬性查圖形，根據(jù)坐標(biāo)查詢圖形、屬性等查詢功能；對(duì)地圖對(duì)象的空間量算（距離量算、面積測(cè)算）功能。

3.3.2 數(shù)據(jù)管理模塊 此功能包括對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)和更新；對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行分配和管理。

3.3.3 評(píng)價(jià)模塊 對(duì)煤礦的生產(chǎn)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)礦區(qū)的生態(tài)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)煤礦的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、動(dòng)態(tài)變化分析等功能，用戶就可根據(jù)圖形或者煤礦名稱選擇煤礦信息，系統(tǒng)根據(jù)涉及到的評(píng)價(jià)因素，進(jìn)行加權(quán)綜合，生成綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.3.4 復(fù)墾模式?jīng)Q策模塊 該模塊綜合氣溫、降水、地形、地貌、煤炭開采方式對(duì)所在礦區(qū)進(jìn)行復(fù)墾模式的最優(yōu)選擇。

3.4 Web服務(wù)

Web服務(wù)主要面向政府和社會(huì)大眾，提供基于WebGIS的煤礦信息查詢、生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)、復(fù)墾模式?jīng)Q策等信息。所有模型庫均構(gòu)建為Web Services，實(shí)現(xiàn)分布式部署，便于模型的改進(jìn)和維護(hù)。復(fù)墾模式所需信息可通過WebGIS查詢獲取，也可以讓用戶動(dòng)態(tài)輸入。

4 效果評(píng)價(jià)

GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)處理分析功能，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的管理和分析。本研究利用組件化編程技術(shù)將復(fù)墾模式管理模型與Supermap IS.net相結(jié)合，充分發(fā)揮了Supermap IS.net地理信息處理能力和Web發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)了面向大眾用戶的煤礦資源信息查詢服務(wù)和分布式的復(fù)墾模式?jīng)Q策機(jī)制。系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化和模型化的設(shè)計(jì)方法，在一定程度上克服了以往管理信息系統(tǒng)可拓展性差的缺點(diǎn)；且系統(tǒng)所有模型均構(gòu)建為與數(shù)據(jù)庫相獨(dú)立的組件，便于系統(tǒng)的移植；所有的決策基于動(dòng)態(tài)更新的空間和屬性數(shù)據(jù)庫，確保系統(tǒng)的實(shí)效性。把WebGIS和Web Services技術(shù)應(yīng)用于具有空間動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)的煤礦資源信息管理，也是一種積極的探索。

該系統(tǒng)在山西省典型礦區(qū)的應(yīng)用表明，系統(tǒng)符合現(xiàn)代化礦區(qū)復(fù)墾管理信息系統(tǒng)發(fā)展的要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效率和實(shí)效性高，能高效地管理省域煤礦信息資源，并在基于空間信息的礦區(qū)復(fù)墾管理決策方面有較好的指導(dǎo)性。

5 結(jié)論

系統(tǒng)集成了GIS、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)山西省煤礦、煤炭資源信息的管理、查詢、分析、評(píng)價(jià)，確定了不同類型煤礦的復(fù)墾模式，并實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)共享。它具有數(shù)據(jù)通用性強(qiáng)、界面友好、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定，可以滿足不同層次用戶的要求，便于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用；且系統(tǒng)所有模型實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化，模型參數(shù)全部動(dòng)態(tài)控制，便于模型的修正。

［1］ 周延剛，郭達(dá)志.礦區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的若干問題[J].四川測(cè)繪，1999，22（2）：73-76.

［2］ 靳東升，張強(qiáng)，聶督.山西省工礦區(qū)土地破壞調(diào)查研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（11）：18-22.

［3］ 靳東升，張強(qiáng).山西省采煤區(qū)土地復(fù)墾區(qū)劃研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（6）：54-58.

［4］ 常毅軍，崔君鳴，桂學(xué)智.山西煤炭資源及其開發(fā)戰(zhàn)略評(píng)價(jià)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.