采煤沉陷区地质环境信息平台研究

肖兴平

（1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 河北 保定071051）

采煤沉陷区地质环境信息平台研究

肖兴平1

（1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 河北 保定071051）

在分析采煤沉陷区地质环境调查数据类型和功能需求的基础上，建设基于GIS的综合业务数据信息平台，实现高效、无缝、多源、多尺度、多相时空的地质调查空间数据及相关资料的集中有效管理和应用，实现多专题图数据多级缩放。表明信息技术可以有力支撑采煤沉陷区环境地质调查评价工作，为政府决策提供依据，为社会公众提供共享服务。

采煤沉陷区；地质环境；GIS；信息平台

采煤沉陷给人类的生存环境造成一系列消极影响，特别是破坏了大量耕地[1]。当前，煤炭开采利用与环境保护严重失衡[2]，是我国矿区面临的一个亟待解决的难题，而采煤沉陷区地质环境调查评价是改善我国当前煤炭开采利用与环境保护严重失衡的重要措施[3]。

为了实现对各个煤矿区的沉陷情况进行全面摸底，必须开展专业的地质环境调查工作，查明采煤沉陷区基础工程地质条件，调查岩性、地质构造、煤层分布、顶板及以上的地层结构等，调查地面塌陷变形历史、变形强度、变形速率等，查明塌陷区的范围，塌陷量、沉陷趋势，编制采矿地面塌陷易发性、危险性、风险性等系列图件。这会产生大量的调查数据和专题图数据，应用GIS技术中强大的输入输出功能、检索功能、分析功能等可以实现对沉陷区信息的分析和管理[5]。因此，建立一个基于GIS的采煤沉陷区环境地质信息平台，对调查结果、专题图等各类数据进行集中管理和存储，是实施采煤沉陷区环境地质调查工作必要的一项配套措施[6]。

1 平台建设路线

1）收集采煤沉陷区的相关数据资料，按照基础调查数据、空间数据、项目文档信息进行数据分级分类，理清数据规范。

2）分别开展数据库结构设计、平台架构设计，并根据软件开发的标准作业形成相关的软件设计文档。

3）在软件设计文档的基础上，开发采煤沉陷区环境地质调查信息平台，分别实现平台的数据管理功能和数据服务功能。

4）为用户搭建平台运行环境，正式部署平台的运行程序，为指定用户提供采煤沉陷区环境地质调查信息服务。

图1 平台建设路线

本平台采用信息化手段，使得各终端用户可以按需、易扩展的方式获得所需服务；利用数据仓库技术，将分散的数据进行抽取加工，为高级查询和应用分析提供数据支撑。基于跨平台技术，保证系统支持异构操作系统、移动终端等,采用Microsoft Visual Studio 2010作为开发环境，使用C#作为开发语言，采用大型关系数据库（SQL Server 2008）作为数据管理平台，采用ArcGIS空间数据引擎管理空间数据，设计工具采用Powerdesigner，实现数据库物理模型。

平台实现的关键技术为基于ArcGIS Engine 组件的嵌入式GIS开发，其基本思想是把GIS 的各大功能模块划分为多个组件，各个GIS 组件之间以及GIS 组件与其他非GIS 组件之间可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS 应用系统[7]。

2 平台功能

采煤沉陷区地质环境信息平台，实现调查数据、空间数据和文档资料的集中管理和展示；实现多专题数据多级缩放，实现强大的数据综合查询统计分析功能，方便快捷灵活的地理信息图形和属性数据的交互查询，各种统计报表的自动生成以及多种专题图展示，地理信息的空间分析和相关统计分析等功能，亦可控制数据的浏览，叠加显示各类数据，提供多种展示方式。

支撑数据入库与更新，实现各类调查数据的汇总入库、数据维护、数据格式转换；实现空间数据上传发布、多专题展示，以及方便快捷灵活的地理信息图形和属性数据的交互查询。

2.1 业务信息浏览。

业务信息浏览包括地质资料属性数据浏览和地质资料图形数据浏览两部分。平台实现多专题图无级缩放功能，在空间数据展示缩放过程中，平台通过参数设定，自动加载当前缩放比例下适合比例尺的专题图数据。

用户可以通过平台浏览属性信息，包括调查数据、资料目录、附表、附图等。根据不同的权限，用户浏览的信息也有所不同。对于需要浏览的信息，可以查看分类目录，方便使用者在大量的数据中查找需要的内容。

平台提供了空间图形的查看功能，实现基于GIS的信息服务功能，可以对地图进行放大、缩小等基本操作。系统以矩形中心点为目标点，屏幕与该矩形的长度比或宽度比作为缩放比率，对地图进行固定的放大缩小操作及对鼠标的拖拽，实现对系统地图的漫游。

信息浏览的重点功能主要分为以下3类：

1）图属一体化展示。图属一体化展示是将卡片数据标注到底图上形成图元，通过选择图元从而浏览、查看卡片数据的属性信息，实现图元和属性数据的联动显示。同时，本模块还提供放大、缩小、复位、刷新、定位等功能。

2）专题数据展示。选择具体的专题图，可查看该专题图的详细信息，并对专题图进行放大、缩小、复位、刷新、定位等操作。

3）专题数据多级缩放展示。打开某类专题图，如该类有多个比例的专题图数据，则在放大、缩小时可对不同比例尺的专题图进行切换展示。

2.2 文档资料信息查询

系统将多专题文档资料数据进行集成，在此基础上可进行详细的信息查询、统计或生成相关专题图表等功能，从不同表现形式对同一实体数据加以表现。

查询可分为两部分：基本信息查询、综合查询。

1） 基本信息查询。通过单一条件属性信息精确查询符合条件的调查数据信息，也可以通过名称进行模糊查询，得到含有关键字的相关属性信息，通过提供可供选择的条件进行查询，避免手动输入的错误。

支持在显示专题数据信息的图形上，输入查询范围，查询出包含在该范围内所有当前显示的数据资料信息，包含相应的调查数据、图文资料数据等信息，列出相应的查询结果。

2） 综合信息查询。依据系统授权，通过设置多种查询条件，查找所有数据库中符合查询条件的相关资料信息。可查看调查成果元数据信息，授权范围内的原始调查数据和各类成果、专题图、统计报表、空间查询等。针对多专业地质数据，提供多种查询方式。按空间位置查询包括点查询、线查询、范围查询等；按照用户自定义区域查询、按照属性条件查询、对成果图件数据、相关资料的关联查询等，可以由用户自定义多种检索条件。

3）系统管理模块建设。系统管理模块作为整个信息系统最为核心的模块，主要是为了维护信息系统的安全稳定运行，对用户、角色、权限、系统运行参数和密码等进行管理。实现安全可靠兼具灵活的权限控制功能，既可以设定角色的功能权限，又可以设置技术方法分类维护权限，支持系统的集中管理和分散部署。

系统安全管理体制由用户、角色、功能权限、数据权限组成，角色是权限的最小集合单元，通过对角色赋予不同的功能权限和数据权限，限制角色在系统中可以进行的管理工作。用户可以归属于一个或多个角色，用户可以行使这些角色的功能，同时对个性化用户，也可以进行角色外赋权，实现更灵活的配置。

功能权限是指系统提供的功能组合，即功能点的集合；数据权限，是指技术方法类别、信息类别等数据分类的集合；灵活运用功能权限和数据权限，就可以实现同样的管理界面，进行不同的数据管理工作。

1）用户信息管理。用户管理模块用来维护用户基本信息。管理员不仅可以任意添加、修改、删除用户信息，还可以对用户所属组织机构和角色进行分配。

2）角色信息管理。角色是系统权限的最小集合，通过角色划分不同用户分类所承担的工作。在创建角色时可以与用户实际工作职责对应，根据工作职责定义一个或多个角色，并可以自由添加、修改、删除角色信息。同时，系统支持一个用户具备多个角色。3）密码修改。对当前登录用户提供密码修改的功能。

3 平台体系架构

采煤沉陷区环境地质信息平台采用C#与Java结合进行开发。整个系统采用三层组织架构，主要分为基础框架及数据访问层、系统组件层、业务应用层3大部分。

图2 采煤沉陷区环境地质信息平台总体架构

系统总体构架实现了模块间的无缝连接，对卡片数据、空间数据、综合数据等可灵活管理，并进行数据的综合展示。

4 优化改进方向

本文基于我国煤炭大省山西省的典型采煤沉陷区地质环境调查，建设基于GIS的综合业务信息平台，实现调查数据、空间数据和文档资料的集中管理和展示，实现相应的分析与表达功能，为地区决策部门尤其是国土资源管理部门提供采煤沉陷区环境地质技术支撑和信息服务。随着我国生态文明建设的力度和广度不断加大，尤其是地质环境资源承载力的需求不断显现，未来平台可朝着示范建设采煤沉陷区地质环境“一张图”的方向优化改进，整合数据资源，实现跨区域、跨数据类型、跨平台的综合信息集成、服务与交换体系，并建立配套的技术标准和规程规范，使我国采煤沉陷区地质环境信息服务更加科学化、规范化、智能化、精细化。

[1] 刘毅,王世东．采煤塌陷区土地损毁程度评价系统研究[J]．河南城建学院学报,2015(5):54-60

[2] 阚俊峰,汪云甲,秦臻,等．ArcGIS在采煤塌陷区地质环境评价中的应用[J]．金属矿山,2011(2):129-132

[3] 阚俊峰,汪云甲,秦臻,等．徐州采煤塌陷区地质环境评价方法研究[J]．煤炭工程,2011(8):99-101

[4] 杨大兵,张文新,姚清．基于GIS 的采煤塌陷区土地复垦评价系统研究[J]．金属矿山,2011(10):144-157

[5] 陈娟浓,张锦瑞,岳志新,等．应用GIS技术对采煤塌陷区综合管理[J]．煤炭科学技术,2008(12):82-85

[6] 任家锋,侯恩兵,胡小彭．采煤塌陷区综合治理监测管理系统的设计与实现[J]．地理空间信息,2015(6):142-145

[7] 苗德强 ,胡锋 ,李辉信 ．基于 ．NET 和 ArcGIS Engine 的土壤污染评价管理信息系统的设计与实现[J]．科技通报，2011(2):299-304

P208

B

1672-4623（2017）10-0049-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.015

2016-06-15。

项目来源：中国地质调查局资助项目（1212011120431）。

肖兴平，高级工程师，研究方向为水工环地质信息化技术。