基于GIS的采煤沉陷预计软件的开发.pdf

第 2 3卷第 3期 、 b1 ． 2 3 No ． 3 辽宁工程技术大学学报 J o u r n a l o f L i a o n i n g T e c h n i c a l Un i v e r s i t y 2 0 0 4年 6月 J u n ． 2 0 0 4 文章编号；1 0 0 8 - 0 5 6 2 2 0 0 4 0 3 0 3 1 6 - 0 3 基于 G I S的采煤沉陷预计软件的开发 李振宇 ，杨伦 ，张润廷 ，李福明 ，赵东辉 ‘ 1 ． 辽宁工程技术大学 测量工程系，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 2 ． 宝日希勒煤矿， 内蒙古 海拉尔 0 2 1 0 2 5 ； 3 阜新市水利局，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 ；．4 ． 辽宁经济职业技术学院 ，辽宁 沈阳 1 1 1 0 0 0 ； 摘 要根据在采煤沉陷预计软件设计与实现中的理论研究，分别就开发方法的 较、拓扑关系的建立、空间叠置分析和剖面图的 制作几个问题做详细阐述，并根据阜新市清河f l 矿图件和数据资料证明该方法是切实可行的，从而实现了基于G I S的采煤沉陷预计软 件中的几个关键技术问题。该软件是基于面向对象方法设计的，它采用了当前流行的 V C、 V B 、Ma p i n f o等开发技术，与面向过程的 沉陷预计软件相比，具有无可比拟的优越性 关键词地理信息；开采沉陷；拓扑关系；空间分析剖面图 中图号I 2 2 ；T D7 3 文献标识码A Re s e a r c h O n mi n e s u b s i d e n c e s o f t ware b a s e d o n GI S LI Zh e n y u ， YANG l u n ， ZHANG Ru n - t i n g ， LI Fu - mi n g ， Zha o Do ng - h u i ， 1 ． D e p a r t me n t o f S u r v e y E n g i n e e r i n g, L i a o n i n g T e c h n i c a l Univ e r s i t y , F u x i n 1 2 3 0 0 0， Ch i n a ； 2 ． B a o r i x i l e Co a l Mj I l e ， Ha i l a e r o 2 1 伽I o ， Ch i n a ； 3 ． W-a t e r Re s o u r c e s Bu r e a u o f F u x i n Ci t y , Fu x i n 1 2 3 伽Io ， Ch i n a ； 4 ． L i a o n i n g Ec o n o n l n g P r e f e s s i o n l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， S h e n y a n g 1 1 1 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t O t h e s t u d y o f the the o r y o f the d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f the mi n e s u b s i d e n c e s o f t wa r e i n t h i s p a p e r , wh i c h i s the b e s t d e v e l o p me n t me tho d ； h o w t O b u i l d t o p o l o g y ； h o w t O d o s p a t i al o v e r l a p an aly s i s an d h o w t O d r a w the s e c t i o n al v i e w are e x p l a i n e d d e e p l y an d c l e arl y ． And the me tho d i s t e s t e d p r a c ti c all y b y the dra wi n g and d a t a o f the Qi n g h e me n Mi n e i n F u x i n c i t y , s o l v i n g s o me k e y t ech nic al p r o b l e ms i n the mi nin g s u b s i d e n c e s o f t ware b a s e d o n GI S． T ．h e s o f t w are i s b a s e d o n the o b j e c t o r i e n t e d m e th o d and th e c u r r e n t d e v e l o p me n t t ech n o l o g y ，s u c h as VB，VC，M a p i n f o ， an d h a s a ma t c h l e s s a d v an tag e o v e r tha t o f the P r o c e s s Or i t e n t e d me thod ． Ke y wo r d s g e o g r a p hic i n f o r ma ti o n； mi n e s u b s i d e n c e． t o p o l o g y s p a ti al an aly s i s ； s ectio n 引 言 传统意义上的采煤沉陷预计软件很多，但多局 限于地表移动与变形计算，已难以适应新形势的要 求， 自主开发基于G I S 的沉陷预计软件 已势在必行。 地理信息系统开发的平台很多，但是在二维的系 统中， Ma p in f o P m f c s s i o n n al是目前世界上比较完备、 功能强大、全面直观的桌面地理信息系统。为在 C li e n t／ S e r v e r 环境下解决问题提供了一个全新的方案。 对大众化的 P C桌面数据可视化及信息地图化的应用 来说， Ma p i n f o易学易用， 对硬件要求较低， 而且能对 本地多种格式的数据库进行操作， 如 D B A S E 、E x c e l 、 A c c e s s 等，能同时访问多个远程数据库， 诸如 O r a c le 、 I n f o r m i x 、S y b a s e 、S Q L S e r v e r 等，是一个优选的 G I S 产品。 Ma p in f o 提供了自己的二次开发平台， 用户可以 在平台上开发各自的 G I S专题应用，也可以用 V B 、 V C、 D e l p h i 等进行二次开发，还可以 将多媒体技术引 入地理信息系统，可使系统更加形象生动。 1 开发方法的选择 Ma p l nfo开发的方法有Ma p B a s ic 技术、O L E A u t o ma t i o n 技术、动态数据交换 D D E 技术、调 用动态链接库 D L L 、Ma p X控件技术等。 基于Ma p B a s i c 的开发虽然简单但受限制较多， 比较适合 Ma p i n f o 功能扩展编程；调用动态链接库 技术 D L L 需要较高技巧，且比较烦琐，不利于实 际应用； Ma p X是 Ma p i n f o公司最新推出的 A c t i v e X 控件产品。 尽管用 Ma p X开发的 G I S系统运行速度 快，因为它不需要在 Ma p i n f o软件平台上运行。但 从 目前 Ma p X 4 ．5看 ，Ma p X 并未能实现所有的 Ma p i n f o功能，使用过程中发现其生成或编辑地图 能力及地理分析能力不足，而且里面 B u g 也不少。 O L E A u t o m a t i o n技术或利用 D D E技术，用软 件开发工具开发前台可执行应用程序，以 O L E 自 收稿 日期2 0 0 3 -08 0 3 基金项 目辽宁省产学研合作基金资助项 目 O l l 2 9 作者简介李振宇 1 9 7 5 一 ，男，山西 阳泉人，硕士研究生。本文编校 唐巧风 维普资讯 第3期 李振宇等基于G I S的采煤沉陷预计软件的研究 3 l 7 动化方式或D D E方式启动 G I S工具软件在后台执 行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用 程序中的地理信息处理功能， 而且这种开发方法能 随心所欲制作出美观、友好的界面，将地理操作与 非地理操作溶为一体，并且能实现几乎所有 的 Ma p i n f o 功能。 所以本系统采用 V i s u a l B a s i c 6 ．0 和 Ma p i n f o 6 ．0 及技术优势明显、应用较广的 O L E A u t o m a t i d n的 回调技术，并以辽宁省阜新市清河门矿为例实现了 预计与分析功能。 2 拓扑关系的建立和运算 与其它信息管理系统相比，地理信息系统所管 理的对象是描述空间对象的空间数据，而且在系统 内部自动实现空间数据和属性数据的连接，而且也 正是由于所管理的对象的特殊性，地理信息系统可 以进行空间分析。因此，许多地理信息系统软件都 提供了建立拓扑关系的功能。尽管因 Ma p i n f o图元 数据不含拓扑结构，它的制图及空间分析能力相对 较弱，但是仍有多种方法可以实现，比较常用的有 两种一种是用 Ma p b a s i c语言返回空间对象的坐 标，然后进行处理；另一种方法采用 S Q L 结构化 查询 语言 实现。 本系统处理的对象主要是房屋、河流、道路等 地物和五种移动变形等值线图的关系，即主要是点 与面、线与面、面与面的关系。要实现空间分析功 能，因为Ma p in f o中并没有 “ 显式”的拓扑信息， 只有调用相关的空间分析函数和运算符来实现。 在 Ma p B a s i c中主要的与地理图形对象相关的 运算符和函数如下 1 C o n ta i n s 描述为当第一个对象包含第二 个对象的中心，则返回T R U E ， 否则，返回F A L S E 2 O v e r l a p 计算两个对象的相交部分，并 以对象的形式返回相交部分；如果一个对象是线而 另一个对象是封闭的面，O v e r l a p函数返回被封闭 区域所覆盖的线性对象 3 Wi t h i n 描述为当第一个对象的中心在第 二个对象中，则返回TR UE ， 否则，返回F AL S E ； 4 I n t e r s e c ts 描述为当两个对象在某些点上相 交，它们至少有一个公共点时，返回 T R UE ，否则，返 回F AL S E 系统应用运算符和函数，分别实现了一般、等 级、组合等查询功能，达到了生产实际的要求。 3 空间层面叠加分析 地理信息系统的叠加分析是指将有关层面进 行叠加产生一个新的数据层面的操作，其结果综合 了原来两层或多层要素所具有的属性。在实践中， 判断建筑物破坏等级时常常需要考虑多种变形，如 水平变形、曲率变形和倾斜变形等，因此需要对建 筑物进行空间叠置分析。本系统中，参加叠加分析 有三个图层水平变形、曲率变形和倾斜变形，在 进行叠加时， 先将两个叠置， 然后再与第三层叠置， 叠置以后就产生具有多重属性的新多边形。因为在 Ma p i n f o中，等值圆曲线是由多边形组成的，因此 应按照多边形进行处理。 具体如流程图如图 l 所示 数据录入 读取各 多边形数据 根据多边形 的关系建立拓扑关 把建立好的拓扑关系叠加到建筑物图层上 图 1 空间叠加分析流程图 F i g ． 1 s p a ti a l o v e r l a p a n aly s i s flo w c h a r t 4 剖面图的制作 在采动地表除了有建筑物之外， 还有铁路、 公路、 河流等其它地物，为了能更形象而有效地说明、解决 问题，剖面图的制作更显得尤为必要。例如，根据剖 面图中的铁路、公路位置和相对应的下沉值，就可以 知道该处需要填多少土方来保证交通不受干扰；对于 河流来说， 需要多少土方量才能保证河堤的防洪功能。 本系统制作剖面图的原理如下 m m／ mt mm 地表 。 m 。 蔷 ． t ／ ．／ ＼ 触嘉 0 m＼ ／ 0 - 七 图 2 清河门矿北二采 区变形 曲线剖面图 Fig． 2 d e f o r ma t i o n c a r v e s e c ti o n al v i e w o f b e i e r b l o c k i n t h e q i n g h e me n mi l l e 维普资讯 3 l 8 辽宁工程技术大学学报 第2 3 卷 图 4 损害等级分色显示图 F i g ．4 t il e d a ma g i n g g r a d e d i s t r i b u t i o n ma p b y c olo r 根据主界面上的图形，当执行画剖面图命令时， m。经过确定移动变形参数后进行计算，并在本系统 根据鼠标点击的两点， 求出其直线方程，然后分别读 中进行统计、分析， 可以得到以表格形式的统计结果。 取每条等值线 等值线按多边形处理的顶点坐标， 然后在系统中实现专题图的制作，系统选择了 依次求出直线与等值线的交点坐标，一 并计算出每个交直方图和范围图，实现了户数统计直方图、破坏面 点与鼠标第一点的距离， 作为x坐标， 而每条等值线 积统计直方图、沉陷面积统计直方图和损害等级分 的下沉值作为 y 坐标， 并按地面标高画出一条水平直 色显示图，使预计结果更加形象、直观。在损害等 线， 作为x坐标轴。 再把各点连成折线段以后， 再用 级分色显示图中，可以根据房屋所填充的颜色来区 B样条曲线或B e z i e r 曲线进行曲线拟合。 分其受破坏的等级，如图4 。 系统采用 B样条曲线拟合原理，剖面图如 3 。 ， ，上 、 O 兰 舌 5 应用实例 本系统以清河门矿北二采区为例，根据阜新矿 区的地表移动和变形规律，采用本系统 采矿沉陷 灾害预测预报信息系统进行沉陷预计，对采区的 建筑物进行灾害评估。 我国矿区房屋的结构以砖石和砖木结构为主， 根据几十年来的三下开采经验，把房屋的破坏分为 0 ～ I V 五个等级。图形是以预计的水平变形、曲率变 形和倾斜变形三种变形曲线为主，以及经过数字化 的采掘工程平面图，都以 ．d w g格式存储。然后转 为A u to C A D的数据交换格式 ％ ． D x F 文件， 最后 通 过 Ma p i n f o 提 供 的通 用 转 换 器 U n i v e r s a l T r a n s l a t o r 转换为 Ma p i n f o的属性数据的表结构文 件 * ．T A B 、空间数据文件 ．MA P 、交叉索引文 件 ． ID 、属 性 数 据 文 件 ．D A T 和 索 引 文 件 ． I N D 。 系统中最关键的是房屋的属性数据， 其数 据结构的主要字段有房屋结构、建成时间、面积、 破坏等级、维修方式等。 工作面的走向长 3 5 0 m，倾向长 1 2 0 m，采厚是2 1 能准确、全面计算出各种变形等值线； 2 可以进行房屋损害的统计、分析； 3 能以多种查询 方式进行查询； 4 可以制作多种专题图。 实践证明，该系统性能稳定、技术先进， 其结果 直观、易懂， 有效地支持了矿区沉陷灾害的评价与防 治，为矿山决策部门提供了决策依据， 而且随着开采 沉陷理论的发展和计算机、 O L E A u to m a t i o n 技术的日 益完善，运算速度也会越来越快， 在矿山生产、管理 的应用中，具有非常广阔的前景。 参考文献 【 l 】张剑平， 任福继． 地理信息系统与 Ma p i n f o应用【 M】 ． 北京科学出版 社． 1 9 9 9 ． 【 2 】何国清， 杨伦．矿 山开采沉陷学【 M】 ． 徐州中国矿业大学 出版社 ， 1 9 91 ,4． 【 3 】李德仁． 地理信息系统导论【 M】 ． 北京测绘出版社， 1 9 9 3 ． 【 4 】 国家煤炭工业局制定． 2 0 0 0 ． 6建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程【 s 】 ． 北京煤炭工业出版社，2 0 0 0 ． 【 5 】吴立新， 王金庄， 解景全．解决开采沉 陷造成的矿区土地破坏的未来对 策与 MG I S技术【 J 】 ．中国煤炭． 1 9 9 7 ， 2 2 1 2 3 ． 维普资讯