基于WebGIS的山西省矿区复垦管理信息系统的建立

郭彩霞，张 强，张建杰，郜春花，靳东升

（1.山西农业大学资源与环境学院，山西太谷030801；2.山西省农业科学院土壤肥料研究所，山西太原030012）

矿区地理信息系统（Mine Geographic Information System，简称MGIS）是在计算机软、硬件支持下，以地理科学、信息科学、测绘科学、矿业科学等为基础，对矿区有关地理信息数据进行采集、存储、分析，并实现矿区的规划、生产、抗灾、环保和管理的定量化、定位化、科学化，以构建信息的快速查询、分析、决策服务的技术与应用系统为目标[1]。

本研究以山西省为研究对象，结合山西省工矿区土地复垦与生态重建技术研究工作，以地理信息系统和数据库技术为基础，构建了山西省煤矿资源数据库和动态更新、矿区生态适宜性评价与决策集成的工矿区复垦管理信息系统。该系统的建立对于山西省煤矿资源高效管理、政府决策有着重要的实践意义。

1 研究区概况

山西省位于中国北部黄土高原上，地处黄河流域中段，南起北纬34°34′，北至北纬40°44′，东起东经114°32′，西至东经110°15′，北接内蒙古，南界河南，西隔黄河与陕西相望，东以太行与河北为邻。全省国土面积15.6万km2，辖11个地级市，119个县（市、区）。山西之长在于煤，山西之短在于水。山西省总的自然特征是山多川少、煤多水少，十年九旱，水土流失严重[2]。

山西省是煤炭大省，自北向南分布有大同、宁武、西山、河东、沁水、霍西六大煤田（含38个勘探矿区）和浑源、繁峙、五台、垣曲、平陆5个煤产地，山西省煤炭资源总量占全国煤炭资源总量55 731.60亿t的11.8%，保有查明的煤炭资源储量占全国保有查明资源储量10 211.86亿t的26%，居全国之首。

山西省石炭—二叠系及侏罗系含煤面积5.9×104km2，占全省国土面积近40%。全省119个县（市、区）中有94个赋存煤炭资源，其中有煤矿开采的85个，占90%[3]。

2 系统分析

2.1 系统目标

引进WebGIS（网络地理信息系统）技术、数据库技术和基于面向对象的程序开发技术，改变长期以来矿区信息资料存储、管理和分析等传统的方式，采用现代技术手段提高数据管理、分析的效率和可视化程度，为政府部门管理数据和决策提供强有力的依据；通过复垦类型决策模型以及面向公众的矿区复垦管理信息和发布系统，使矿区复垦真正服务于全社会。

系统可以实现基础数据库管理、查询和动态更新，基于矿区的复垦模式决策、专题图件和决策报表的打印输出，宏观上指导省域内的煤矿、煤炭资源管理和复垦模式的确定（图1）。

图1 系统主界面

2.2 系统设计原则

系统设计要遵循以下4个原则。

（1）规范化原则。系统的标准化对于数据共享、系统移植改造和系统开发小组分工、协作具有重要意义。本系统开发过程中，制定了山西省土壤分类标准，建立了山西省煤矿资源标准数据库，并结合地形地貌、气象数据、土壤类型和植被类型等确定了山西省六大复垦类型。（2）科学性原则。复垦类型的确定是建立在连续3年实地调查的基础上，确保了相关模型决策结果的科学性。（3）实用性原则。系统用户是政府决策部门和社会大众，因此，必须确保系统结构、功能、可视化界面和操作习惯来满足用户的需求。（4）扩展性原则。系统在数据库标准、模型结构和模型参数的设计上为系统的数据库和功能库保留了扩展的空间。

2.3 系统结构

系统采用B／S结构，实现大众化信息服务和辅助决策功能（图2）。

图2 系统总体结构

2.4 开发和运行环境

2.4.1 系统开发环境 系统开发硬件环境：高档微机，内存1 Gb以上，CPU 1.7 GHz以上，硬盘存储空间30 G以上，可选工程绘图仪、扫描仪等输入输出设备。

系统开发软件环境：Windows XP／Server 2003 Enterprise，Internet Information Server（IIS）6.0，Microsoft.net framework 2.0及 SDK 开发组件，Web发布平台采用Supermap IS.net 2008企业版和Supermap Objects 2008运行版，开发平台采用Microsoft Visual C#。

2.4.2 系统运行环境 Internet客户端运行环境：普及型PC机，Internet Explore7.0及以上。

不良反应以Ⅰ、Ⅱ级为主，包括恶心呕吐、腹泻、肝功能异常、骨髓抑制、溃疡，除6例减量为200 mg外均未影响正常治疗，见表1。

Internet服务器端运行环境：中高档服务器，Windows Server 2003 Enterprise,Microsoft.net framework 2.0，3.5，Supermap IS.net 2008 企业版和Supermap Objects2008。

3 系统设计

3.1 系统功能

该系统和决策系统是基于组件技术的应用型系统。应用型地理信息系统是指在一定的地理信息系统开发平台的基础上，经过二次开发得到的适用于一定应用目的的系统，它可直接应用GIS平台的空间数据编辑、分析和管理功能，通过GIS图形信息浏览使用户操作更加简单方便。本系统通过C＃编程环境，可实现Supermap IS.net地理信息开发平台与专业模型的集成（图3）。

3.2 数据库设计

数据库设计充分参考了“土地利用数据库标准”、“金土工程”、“农用地分等定级”技术规程，并结合山西省实际情况进行适当扩展，从而确保数据库的标准化和模型库、方法库与数据库的相对独立性。

3.2.1 空间数据库 初始空间数据包括第二次土壤普查系列专题图件，通过扫描仪将纸质地图转换为栅格图像后，经过矢量化和拓扑处理生成，包括山西省行政区划图、山西省土壤类型图、煤矿点位分布图、煤类分布图、山西省土地利用现状图和山西省气候类型分布图。使用的栅格数据主要是山西省DEM数字高程模型，可用来提取地形、地貌特征和计算坡度。

3.2.2 属性数据库 它与地理要素相关，主要是煤矿点位信息数据，包括煤矿信息的年产量、开采方式、煤层厚度、开采年限等。

3.3 程序模块化设计

在标准化数据库和模型参数数据库的基础上，采用组件化模型库设计方法，在规定的接口标准条件下，实现模型的动态更新以及模型与数据库系统的相对独立性。

3.3.1 图形操作模块 可实现对地图数据的基本操作：包括地图的放大、缩小和漫游；并可根据图形查询属性，根据属性查图形，根据坐标查询图形、属性等查询功能；对地图对象的空间量算（距离量算、面积测算）功能。

3.3.2 数据管理模块 此功能包括对空间数据和属性数据的动态维护和更新；对用户权限进行分配和管理。

3.3.3 评价模块 对煤矿的生产潜力进行评价和对矿区的生态适宜性进行评价。根据煤矿的点位数据，实现数据入库、动态变化分析等功能，用户就可根据图形或者煤矿名称选择煤矿信息，系统根据涉及到的评价因素，进行加权综合，生成综合评价结果。

3.3.4 复垦模式决策模块 该模块综合气温、降水、地形、地貌、煤炭开采方式对所在矿区进行复垦模式的最优选择。

3.4 Web服务

Web服务主要面向政府和社会大众，提供基于WebGIS的煤矿信息查询、生态适宜性评价、复垦模式决策等信息。所有模型库均构建为Web Services，实现分布式部署，便于模型的改进和维护。复垦模式所需信息可通过WebGIS查询获取，也可以让用户动态输入。

4 效果评价

GIS具有强大的空间数据和属性数据处理分析功能，可以对数据进行全方位的管理和分析。本研究利用组件化编程技术将复垦模式管理模型与Supermap IS.net相结合，充分发挥了Supermap IS.net地理信息处理能力和Web发布功能，实现了面向大众用户的煤矿资源信息查询服务和分布式的复垦模式决策机制。系统采用结构化和模型化的设计方法，在一定程度上克服了以往管理信息系统可拓展性差的缺点；且系统所有模型均构建为与数据库相独立的组件，便于系统的移植；所有的决策基于动态更新的空间和属性数据库，确保系统的实效性。把WebGIS和Web Services技术应用于具有空间动态性特点的煤矿资源信息管理，也是一种积极的探索。

该系统在山西省典型矿区的应用表明，系统符合现代化矿区复垦管理信息系统发展的要求，运行稳定可靠，效率和实效性高，能高效地管理省域煤矿信息资源，并在基于空间信息的矿区复垦管理决策方面有较好的指导性。

5 结论

系统集成了GIS、数据库和网络等技术，实现了对山西省煤矿、煤炭资源信息的管理、查询、分析、评价，确定了不同类型煤矿的复垦模式，并实现了网络共享。它具有数据通用性强、界面友好、操作简便、运行稳定，可以满足不同层次用户的要求，便于在生产中推广应用；且系统所有模型实现了结构化，模型参数全部动态控制，便于模型的修正。

［1］ 周延刚，郭达志.矿区地理信息系统数据采集的若干问题[J].四川测绘，1999，22（2）：73-76.

［2］ 靳东升，张强，聂督.山西省工矿区土地破坏调查研究[J].山西农业科学，2008，36（11）：18-22.

［3］ 靳东升，张强.山西省采煤区土地复垦区划研究[J].山西农业科学，2009，37（6）：54-58.

［4］ 常毅军，崔君鸣，桂学智.山西煤炭资源及其开发战略评价[M].北京：煤炭工业出版社，2007.