煤矿安全生产地理信息系统技术现状及展望
2006-03-22
来源:《劳动保护》
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引言
随着我国对煤矿安全生产的重视，煤矿安全生产管理信息逐渐成为现代煤矿安全生产管理中的最显著特征。信息的采集、传递、处理、控制和管理成为现代煤矿安全管理科学中重要的技术基础，也成为实现矿山生产、管理、安全保障等现代化程度的技术保障。目前在工业技术发达国家和多数发展中国家都已经形成了比较完善的安全生产管理信息网，其内容包括安全生产法规及其查询系统、安全卫生信息统计决策支持系统等。作为安全生产过程中的安全信息管理，是目前煤矿生产管理过程中最薄弱的环节之一。
2 煤矿安全生产地理信息系统的概念及体系结构
2.1煤矿安全生产地理信息系统
地理信息系统（GIS）是描述、储存、分析和输出空间信息的理论和方法的一门交叉学科，是以地理空间数据库为基础采用地理模型的分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。目前，煤矿安全生产地理信息系统的开发包括两方面的内容，一是利用计算机语方言（VB、VC等）结合其它软件（AutoCAD等）开发具有自己知识产权的信息系统，二是基于GIS的基础，利用它的函数库二次开发功能，开发出专用的地理信息系统软件。而煤矿安全生产地理信息系统是将地理信息技术与煤矿安全生产信息结合起来，充分发挥地理信息系统的作用，实现煤矿安全生产信息资源的共享与应用，是地理信息系统在煤矿中的具体应用。
2.2基本体系结构
基于INTERNET的煤矿安全信息管理系统，是结合煤矿安全监察的需要和当代先进的因特网技术构建的。基体系结构主要由：文本数据库（包括新闻类、政策法规类、学术论文类、煤矿安全监察类）、图形数据库和INTERNET网络组成。
基于Web GIS技术支持，集成地测数据并实时跟踪井下安全监测系统，全部数据统一存储于后台数据库构建的煤矿安全信息共享与网络决策平台，主要由空间数据存储平台，安全专业杨关应用平台和Web协作服务平台三部分组成。
基于GIS的煤矿安全管理系统，以生产安全为中心提供监测、分析、规划、决策等功能。整修系统按功能可分为：生产安全决策管理（生产调度）系统、矿崇山峻岭地理信息管理系统、矿崇山峻岭全面质量监控系统和网络服务支持系统。
总之，现阶段国内煤矿安全生产地理信息系统体系结构主要由安全生产系统个息库、图形信息库、属性信息库、网络支持系统及用户系统组成，主要是通过企业局域网在企业内部实现信息共享。
2.3煤矿安全生产地理信息系统的现状
矿山灾害十分频繁，安全管理技术还需要投入较大力度，特别是在安全信息管理技术方面开展不同程度的控制害的模型研究与系统开发工作。纵观目前煤矿安全生产地理信息系统技术，开发大致可分为以下几大类。
2.3.1异构数据切换查询的系统
基于VB、VC语言开发环境结合关系型数据库及AutoCAD数据库，实现煤矿图形处理与非图形物一般性处理。友好的用户界面，各个子系统上网并入综合信息系统，各类用户可以进行直接查询，为煤矿安全、生产、经营管理发挥了巨大的作用。系统的图形信息通过AutoCAD数据库实现定期添图，反映实际生产情况，采用拼图方式来满足实际需要，缺点是如果需要在同一坐标位置下了解多个煤层的空间关系时就无能为力了。如果同时调用数据，只能浏览数据报表，而无法实现图形和数据链接。图形的处理和非图形的一般属性数据往往是分离的，用户必须在两者之间切换，导致系统性能降低。
2.3.2 具有分析功能的信息系统
基于美国环境系统研究所（ESRI）研制的Arc View GIS开发平台，结合关系型数据库的煤矿安全生产地理信息系统，除了能够实现地理信息系统的一些基本功能，存储、分析和表达对象的属性信息，而且能够处理其空间定位特征，能将空间信息和属性信息有机的结合起来，从空间和属性两个方面对现实对象进行查询、检索和分析，并将结果以各种直观的形式，形象而又不失精确地表示出来。如果应用Arc View GIS提供的面向对象的编程语言Avenue，用于建立符合用户特定要求的图形界面和二次开发。其空间分析功能，为安全决策者提供了有力的辅助决策依据。但Arc View GIS无法进行地理坐标的投影和配准，在线要素编辑方面线型圆滑等方面还无法实现。
2.3.3具有图形编辑和空间数据采集功能的系统
煤矿安全生产地理空间特性决定了煤矿安全生产信息系统必须采用空间与属性分析相结合的综合地理思维分析工具。基于美国MapInfo公司研发的MapInfo平台的煤矿安全生产地理信息系统以数据表示空间分布，数字和图形融为一体，支持数字思维与空间思维同时进行，能够建立准确、一致的信息来源渠道，加快安全生产信息的流通速度，实现安全生产管理的科学化。箉是其强大的编图工具箱，用户可以对各种图形元素任意进行增加、删除、修改等编辑，且操作简单、方便，同时提供的高斯投影，在线要素的编辑等功能，同时克服了Arc View GIS不能提供线型圆滑，空间数据采集功能等多种数据库及远程数据库的缺点。可见MapInfo是适合我国国情开发又适合煤矿特殊性行业的地理系统软件。但其空间数据结构是不具备拓扑关系的，因此相对部门级、企业级地理系统而言其空间分析能力较弱。
2.3.4 具有生产信息智能决策的系统
以计算机和空间数据库技术为基础，以Internet技术为纽带，基于GIS技术支持的煤矿安全信息共享与网络决策平台，实现了安全生产数据的动态管理与分析、通风隐患情况的自动报警。其独具特色的基于Web协作服务平台，实现了管理决策层、专家层的实时联机处理分析决策与监督管理。
3 煤矿安全生产地理信息系统需完善的方面
3.1 实现多元数据的无缝缝合
灾害有其孕育、发生、发、转化的时间与空间位置和范围，灾害发生的环境背景信息对于灾害防治决策的制定以及对灾害评价有十分重要的作用，因此地理空间信息在灾害控制中始终占有非常重要的地位。灾害信息各种各样，其数据有历史的、现代的、实时的，有孕育灾害环境的、致灾因子的。掌握灾害这一系列与地理空间分布有关的数据，对地理信息系统分析极为重要。依据导致事故的理论原则和条件，一个完善的安全信息系统应该有一个设计完善的地理空间数据库、各种属性数据库以及各种导致事故的事件数据库支持。而事件的获得只有依靠对生产一线情况的了解才能得到。因此，煤矿安全生产地理信息系统数据应包括如下内容：自然环境背景数据库、经济背景数据库、灾害历史数据库、安全生产监测系统信息库、空间图形信息库、空间属性信息库、煤矿地质信息库等。通过数据融合技术实现多元数据的无缝缝合，以多尺度、多方式形象地反映灾情与灾害背景信息。
3.2 模拟仿真技术有待进一步发展
模拟仿真技术是通过图形（图像）反映灾害状况的最好手段，煤矿灾害同其它地理现象一样，具有空间定位性。通过模拟仿真技术可将各种数据或分析成果，如灾害类型分布、灾害危险程度分区、灾情动态演变、损失及救灾措施、规划等直观而有效地交互式的显示在电子地图上。管理人员通过查看历史曲线，利用实践经验，科学预测灾变或发展趋势，做出准确的分析判断，并给出相应的反馈信息和决策，进而做到科学指挥，将灾害消灭于萌芽状态或将灾害损失降到最低限度。利用GIS技术还可以进行灾害模拟，使我们可以在无损现场数据的条件下，研究灾害的发生、发展规律，检验防灾系统和方案是否合理。
进一步模拟仿真技术还应支持虚拟现实技术，当观察者进入虚拟的开拓系统中，应能观察到巷道的支护情况，顶底板及两帮岩性，机电设备的运转状况等。使决策者如同身临其境，各种可能方案的优劣比较也清楚明白，在防灾减灾决策时减少盲目性。
3.3 自动化控制功能的欠缺
煤矿安全生产生产信息系统从开发起就把重点放在信息的监测等方面，并没有投入足够力量研究自动控制。而安全生产是一项系统工程，涉及信息科学、控制科学、管理科学等。在事故即将发生的千钧一发之际，生产控制系统能利用安全生产信息系统的信息启动安全防护设备，控制灾害发生，减少灾害损失。
4 煤矿安全生产地理信息系统展望
从开发煤矿安全生产地理信息系统入手，运用GIS技术、数据库技术计算机网络技术实现管理信息、生产信息、安全信息一体化自动采集、共享、应用。再进一步运用数据仓库技术模拟仿真技术、自动控制技术发集监测、控制、和管理决策于一体的自动化安全监控体系的煤矿安全生产信息系统将是信息社会中煤矿安全生产的重要组成部分。
5.1 运用数据融合技术实现多元数据的无缝缝合
安全生产地理信息系统运用数据融合技术对不同来源、不同表达方式、不同内容主题的多源信息和数据在一定准则下加以自动综合、处理、分析；按照一定的标准进行时间优化与空间尺度的结合，即对空间多尺度和时间多尺度的地理空间数据进行融合处理，可以更好地反映灾害发展规律，实现多元数据的无缝缝合。以多尺度、多方式形象地反映灾情与灾害背景信息，为管理决策者提供准确可靠的第一手资料。
5.2 启动安全防护设备应急控制体系实现防灾、减灾
专业模型与专家系统信息库在紧急时刻可绕过一般控制程序，直接作用于生产现场安全生产设备，控制灾害发生、减少灾害损失。