浅析GIS在煤矿区塌陷监测中的应用

■刘潇

（青海大学青海西宁810016）

浅析GIS在煤矿区塌陷监测中的应用

■刘潇

（青海大学青海西宁810016）

煤炭资源的开采促进了国民经济的发展，同时也带来了不少问题。煤矿塌陷就是其很严重的后果之一，GIS的发展逐渐在煤矿区塌陷监测中起到了巨大的作用。GIS在计算机软件和硬件的支持下，将大量的资源信息和环境参数等信息按照一定的方式进行数据处理，并通过对数据的综合分析，表示出空间特征与属性特征随时间变化的过程，因此可以分析出该地区各项数据指标的发展趋势，在监测的过程中起到重大作用。

GIS 煤矿区 塌陷监测

煤炭，作为我国最主要的能源之一，它占据了我国一次能源生产和消费的百分比达到了百分之七十左右。虽然开采煤炭对我国的国民经济发展有着非常大的促进作用，但与此同时其造成的土地资源和生态环境破环也是极其严重的，最主要的表现是煤矿区的塌陷问题。一旦发生塌陷事故，必然会对耕地、一定范围内的土壤和水资源环境以及地面上的建筑和设施造成强烈的破坏，甚者会产生工人的人身安全问题。因此，煤矿区塌陷的监测工作十分的重要。

随着信息产业的不断进步与发展，GIS（Geographic Information System地理信息系统，也被称作地学信息系统）技术的应用也在日渐广泛，它对于矿区资源监测和矿区环境信息的获取、管理以及分析可以发挥出巨大作用，可以对煤矿区的地质现象和结构、环境变化和生态效应等方面的信息进行收集、分析和预测，并表示出空间特征与属性特征随时间变化的过程。

GIS由硬件、软件、数据和用户人员等几部分组成。硬件包括：主机、网络和外设，是用来对空间数据进行存储、处理、传输和显示的。系统的软件部分有：基础的GIS软件、数据库软件和一些系统管理软件，主要用于GIS所需要的数据采集、存储管理、相应处理、分析、建模和输出。空间数据库由数据库实体和DBMS（数据库管理系统）组成，作用就是存储和管理空间数据，以及对数据的增、删、改、查操作。最后用户人员就是由系统的开发、使用人员和管理者组成的用户群体。以下是GIS在煤矿区塌陷监测中的具体应用。

1 GIS在煤矿区的数据采集和输入

GIS工作是以数据为基础的，数据就是GIS的灵魂和生命，所以数据的采集是这个系统工作的第一步。GIS将煤矿区附近的所有空间信息及其属性信息等庞大数据录入到工作数据库中，能够保证煤矿区的地理信息数据与工作数据库中的数据在空间和内容上的完整性、数值逻辑一致性与正确性。

在煤矿区需要采集的信息比如矿区地质结构、煤层的分布状况、煤层开采方法、地表建筑物的分布现状以及开采条件等多方面的信息资料。

将采集的各类直接数据如遥感图像、航空相片、矿区地图和各种测量得到的数据以及文本资料等经过必要的编辑修改后，经过数字化处理和图像处理录入到工作数据库中，完成数据的采集输入工作。

2 将GIS数据进行统一标准化

因煤矿区各种、数据的采集来源是多种多样的，而且采集的方式方法和标准格式不尽相同，导致数据进行共享和数据分析时，结果的可靠性不能够保证，不能达到工作的目的，所以要对数据进行必要的统一标准化。

数据统一标准化，就是消除数据间量纲、数量级和不同性质等方面的问题，使之可以达到不同领域和大多数用户间共享的需要。

GIS在进行数据分析时，必须要注意数据的统一标准化，这样可以避免那些没有完善数据服务保证的劣质数据对数据产业的顺利发展造成一些不好的影响或者副作用。同时，要重视数据生产质量和规模化GIS数据生产的标准化，加强对GIS数据的管理水平。

在信息产业社会中，任何数据和信息生产企业都会重视数据文件的管理和数据库的管理技术，因为数据和信息的生产应用同样是社会生产的主要方式，它就是信息产业社会的资源和财富。现代社会中，数据信息主要通过计算机网络进行处理和传输，当然，DBMS（数据库管理系统）也在数据存储和分析中起到的不可替代的作用。

3 GIS对数据进行三维建模和数据分析

在煤矿区进行的矿产开发操作是现实的三维立体空间中，所以对此不能用简单的数据模型对矿区所有的类型的矿体进行完整全面的描述，而且由于矿井下复杂的巷道和地质构造，决定了在建模的时候必须要同时兼顾三维矿体空间和矿体之间的拓扑关系。因此GIS在进行建模的时候采用了将多种不同数据模型集成于一个系统之中，或者是采用具有多种模型特性的混合数据模型，去适应不同的问题的分析处理。当前因为各方面的原因，普遍是利用了多种不同的数据模型的各自优点，将它们集成在一个系统当中，去实现对煤矿区三维立体空间进行完整有效的描述。

3.1 构建煤矿区的GIS数据模型

为了对煤矿区塌陷进行监测，我们将用GIS技术以实际问题为前提，将GIS与煤矿的开发生产、管理相结合，建立煤矿区各个应用实践的各种应用模型库。再根据实际空间对象的特点，建立不同的GIS模型，主要有理论模型、经验模型和混合模型。按照状态与过程进行分类可以分为静态模型、半静态模型和动态模型。

现在对于煤矿区地表的变形监测已经有了丰厚的理论支撑，可以利用概率积分和典型曲线等方法进行预测。当然，还有更多的模型已经处于应用阶段，像层次模型、网络模型、关系模型等。

3.2 对模型进行分析处理

煤矿区的GIS模型可以真实的反映实际中各种空间地理信息和属性信息，对煤矿区塌陷预测监测有着巨大的作用。GIS利用栅格技术对煤矿区的塌陷进行预测，即将各种参数输入到煤矿区的GIS空间模型当中，再对地表网格点进行详细的计算，利用GIS中那强大的图形表现和空间分析能力对矿区塌陷进行预测分析，从而得到一些可以反映出煤矿区塌陷的数据。

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F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-5-354-1