gis在瓦斯預(yù)測及管理中的應(yīng)用

1、 第3 期 2 0 0 2 年9 月礦 山 測 量 M 1 NES URVE 1 nNG № - 3S e p t ． 2 0 0 2G I S 在瓦斯預(yù)測及管理 中的應(yīng)用 尹 忠 彥 (遼 寧工程技術(shù)大學(xué) 遼寧 阜新 1 2 3 0 0 0 )邢 凱 ( 阜新經(jīng)委信 息中心 遼寧 阜新 1 2 3 0 0 0 )摘要 文 中研 究了在G 1 S 技 術(shù)支持下 的瓦斯 突出區(qū)域預(yù) 測信 息管理 的新 方法 ，應(yīng)用信 息集成構(gòu)建 包括 多

2、個變量的 、三 維的、 實時更新 的可視化 的信 息平 臺，實現(xiàn) 了區(qū)域預(yù)測 、決策 的一體化 。關(guān)鍵 詞 地理信 息 系統(tǒng) 瓦斯 突出區(qū)域預(yù)測 礦 井瓦斯又稱煤層氣 ，賦 存于煤層 之中 ，其 主 要成 分是 S H 4( 甲烷 )，具有 易燃 、易爆等 特 性 對瓦斯突出區(qū)域的預(yù)測，涉及數(shù)據(jù)多、信息量 大，且多數(shù)信息具有三維立體空間定位的特性 ，并 具有較強 的時效性 。如何有效地將他們管理起來 ，是體現(xiàn)礦井安全管理水平和先進程度的

3、重要標志 。地理信息系統(tǒng) ( G e o g r a p l i cI n f o r m a t t i o nS y s t e m)是 集計算機技術(shù) 、地學(xué)理論 、立體空間科學(xué)、信息管 理系統(tǒng)技術(shù)的一門新興學(xué)科。它不僅能存儲、分析 和表達現(xiàn) 實世界中各種對象的屬性信息 ，而且能處 理其空間定位特征 ，將空間數(shù)據(jù)和屬性信息結(jié)合起 來，形象地 、直觀地提供數(shù)據(jù)查詢 、檢索、分析等 功能。G I S 為礦井瓦斯突 出區(qū)域預(yù)測 、預(yù)報提供

4、 了集成的數(shù)據(jù)環(huán)境和可視化的分析平 臺，有利于多源 信息的復(fù)合和多源數(shù)據(jù)的無縫連接 。實現(xiàn)區(qū)域預(yù)測 與管理決策的一體化，使瓦斯突出區(qū)域預(yù)測向多因數(shù)、多 目標 、多維 目標方 向發(fā)展，提供區(qū)域預(yù)測 的準確性及決策科學(xué)性 。1GI S 平臺的構(gòu)建與數(shù)據(jù)的可視化 瓦斯突出動力現(xiàn)象的發(fā)生 ，受地質(zhì) 、地應(yīng)力和 開采條件等多種因素的影響，任何 單一因素的研究 都難 以對礦井動 力覡 象發(fā) 生的規(guī)律做 出合理 的判 斷。由于井下各種地質(zhì)條件 的多變

5、性，瓦斯移動 、地應(yīng)力狀態(tài)是動態(tài)過程，因此在對瓦斯突 出發(fā)生的 危險性進行評價和預(yù)測時，必須通過快速的運算分 析 ，搞清多種 因素的綜合作用效果及綜合作用之下 各因素之間的相互關(guān)系。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)方法組 織和 管理 ，即使 用計算機實 事采集數(shù)據(jù) 、分析處 理、建立數(shù)據(jù)模型，通過計算機進一步處理數(shù)據(jù)、建立模型、進行預(yù)測預(yù)報等。形成一個完全可視化 的圖形安全管理系統(tǒng)。1 ． 1 系統(tǒng)分析與總體設(shè)計 軟 件 以 美 國 環(huán) 境 系 統(tǒng) 研

6、 究 所 ( E S R A) 的42Ma p i n f o r 為基礎(chǔ) 的地理信息系統(tǒng)平 臺為基礎(chǔ) ，設(shè)計 出適應(yīng)現(xiàn)場需要的用戶界面和預(yù)測決策模塊。系統(tǒng) 由圖形編輯 、數(shù)據(jù)后臺接受、圖形顯示及監(jiān)測管理 系統(tǒng)組成，并采用 了一些科學(xué)算法 ，如指數(shù)平滑 、格拉普斯方法 ，并建立了數(shù)據(jù)模型 ，產(chǎn)生 了量化 的安全評價體系。1 ． 2圖形數(shù)據(jù)處理與圖文數(shù)字化 將區(qū)域瓦斯 、地質(zhì)資料和地應(yīng)力等地理信息的圖形坐標數(shù)據(jù)輸入到計算機中，完成把連續(xù)的

7、空間 分布 的地圖模型轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字模型，以便計算 機能識別、處理和存儲 。圖形數(shù)據(jù)采用掃描儀跟蹤 方式數(shù)字化 ，支持掃描矢量化和數(shù)字化儀、邊矢量 化、邊輸入 圖形對象的基本屬性 ，原有的C A D 等矢 量圖也可 由系統(tǒng)直接讀取。1 ． 3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 在地理信息系統(tǒng)中，屬性數(shù)據(jù) 同樣具有空間定 位特征，G I S 基礎(chǔ)平 臺提供 圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù) 的交互和索引，屬性數(shù)據(jù)可 以從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中直接讀 取，也可以從格式化文本中引入

8、 。圖形數(shù)據(jù) 、屬性數(shù)據(jù)等 多源信息集成的必要條 件是實現(xiàn) 同一區(qū)域 、不 同信息地理坐標和投影方式 的統(tǒng)一。有效的信息集成有助于提取各種有用 的信 息，有助于更 l 、 『地闡述各要素的相互關(guān)系、賦存 和演變規(guī)律 ，滿足瓦斯突出區(qū)域因素分析及各種專 題研 究 的 需要 。在G I S 技術(shù) 支持下 ，成功地實現(xiàn) 了多源信息 的復(fù)合與集成 ，從瓦斯突 出區(qū)域現(xiàn)象發(fā)生 的規(guī)律 、機 理及 因素的研究成果中提取有關(guān)信息，再通過地理 信息系

9、統(tǒng)進行各種分析處理，為各種預(yù)測模型的建 立和實現(xiàn)提供 了基礎(chǔ)平臺。2應(yīng)用GI S 實現(xiàn)突出危險區(qū)域預(yù)測 瓦斯突出區(qū)域現(xiàn)象的復(fù)雜性決定 了問題求解過 維普資訊 http://www.cqvip.com 第3 期 礦 山 測 量 2 0 0 2 年9 P l程是試探性 的，數(shù)據(jù)是通過不同的程序模塊的組合 進行處理 的。危險區(qū)域劃分方法分為危險度預(yù)測指 標分析方法和概率分析方法。表示未來礦井動力現(xiàn) 象發(fā)生幾率 的概率分析方法 ，對 瓦斯突

10、出區(qū)域動力 現(xiàn)象預(yù)測是非常重要的。在一定構(gòu)造區(qū)域 內(nèi)，什么 時候 、什 么地點可能發(fā)生礦井動力現(xiàn)象，雖然可 以做出一定的預(yù)測，但此類事件的發(fā)生是隨機事件 ，在 目前研究水平上要想用定量法做 出確定性的預(yù)測 是比較困難 的。而瓦斯突 出區(qū)域等礦井動力現(xiàn)象與 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、斷裂的活動，特別是與巖體的應(yīng)力 狀態(tài)之間又確實存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系，所以事件 出現(xiàn) 的可能性大小是可 以 “ 度量 ”的。2 ． 1單因素分析與預(yù)測應(yīng)用G I S 和多源

11、信息集成處理進行礦井動態(tài)現(xiàn) 象預(yù)測 ，以G I S 的基本功能為基礎(chǔ) ，在礦井地質(zhì)資 料分析的基礎(chǔ)上，提出導(dǎo)致礦井動力現(xiàn)象的各個因 素，每個 因素編制 出一張專用圖。這些專用圖通過 數(shù)字化儀輸入計算機 ，每張專用 圖形成一個信息存 儲層 。經(jīng)編輯后進行單因素分析。選取活動斷裂 、地應(yīng)力、瓦斯 、煤層的物理力學(xué)等主要因素，然后 、再將主要 因素分別與瓦斯突出危險區(qū)域歷史資料復(fù) 合 ，形成一個復(fù)合后的圖層，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造數(shù)學(xué) 模型進行擬合分

12、析 ，建立礦井瓦斯突出區(qū)域動力現(xiàn) 象的數(shù)學(xué)模型，最后再根據(jù)數(shù)學(xué)模型做出預(yù)測 。2 ． 2綜合指標分析與預(yù)測 在瓦斯突 出危險區(qū)域預(yù)測 中，運用單因素分析 可 以反映 出對礦井動 力現(xiàn)象起主 導(dǎo)作用 的 因素 ，但更多情況下應(yīng) 當采用綜合指標分析，提示礦區(qū)瓦 斯動力現(xiàn)象發(fā)生危險程度的全貌 以及 區(qū)域性分布狀 況。因系統(tǒng)采用動態(tài)數(shù)據(jù)與安全數(shù)據(jù)有機結(jié)合，形 成一個完全可視化的圖形預(yù)測管理系統(tǒng)。3基于GI S 實現(xiàn) 防突措施 的決策 防治瓦斯突

13、出危險區(qū)域措施預(yù)測決策是建立在 危險度預(yù)測和危險區(qū)域劃分基礎(chǔ)上的，結(jié)合防治措 施模型庫 ，經(jīng)過專家系統(tǒng)模型分析 ，提 出防治措施 的建議和技術(shù)途徑 。為建立模型庫 ，首先使用計 算 機進行實時動態(tài)數(shù)據(jù)采集、分析處理、進行預(yù)測 決 策 ，形成統(tǒng)一的模型庫 ，把數(shù)據(jù)存 取和決策模型 結(jié)合在一起 ，將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為模型組合和通訊 的手 段 。模型庫是用 來存放數(shù)據(jù)模型，模型以某種計算 機程序 的形式表示。這種物理形式 在模型庫 中具 體化為模

14、型名稱 以及相關(guān)的程序 、模 型功能的分類 、模型數(shù)據(jù)的輸入、模型的可視化結(jié)論輸出等屬性 。根據(jù)現(xiàn)有 的認識水平并咨詢專家意見 ，對造成 突出的有關(guān)因素確定權(quán)重，構(gòu)造判 斷矩陣。形成有 針對性 的特 征，不同的特征對突出區(qū)域發(fā)生的影響 程 度 是 不 同 的 ，有 些 是 派 生 的 ：有 些 因 素 影 響 較 大 ，有些因素則只起到一些促進作用 。為了體現(xiàn)這 些差異和區(qū)別 ，對造成突出發(fā)生的特征進行加權(quán) 處 理等 等 。a 專家意見

15、：指對礦井 動力現(xiàn)象研究 、認 識 以及 經(jīng) 驗 ：b 對 已發(fā)生突 出區(qū)域 的研究 ：對 識別 區(qū)域 研 究后，結(jié)合整個識別區(qū)域 的具體情況 ，給某些特 征 加 以較大的權(quán)重 ：利用G I S 實現(xiàn)圖形的可視化，最 大限度地 實現(xiàn) 信息處理過程的 自動化 ，規(guī)定條件所需要 的數(shù)據(jù)通 過數(shù)據(jù)模型庫或外部程序獲取 ，也可通過 網(wǎng)上直接 向用戶查詢 。通過對系統(tǒng)的模擬分析進行計算和預(yù) 測，可及 時得到 圖形可視化 的結(jié)果：( 1 )礦 區(qū)

16、瓦斯 突 出區(qū) 域發(fā) 生 的數(shù) 學(xué)模 擬模 型 ：( 2 )區(qū)域危險程度分布圖：( 3 )防治措施建議等等有關(guān)材料。作者 簡介 尹忠 彥 。男 ． 1 9 5 8 年 生 。大 連金州 人．工 程 師。主要從事計算機應(yīng)用和多媒體教學(xué)工作．發(fā)表論文 數(shù)篇。( 收稿 日 期 ：2 0 0 2 年3 月1 1 日)( 上接第5 8 頁)草 圖工 作規(guī) 范 化 的探 索 與實 踐 ，我 們逐 漸摸 索 出 了一套適合 自己的繪制草 圖的方法與步

17、驟，給我 們 的測圖工作帶來 了高效率。繪制草圖工作是一 項 極 高創(chuàng) 造 性 的工 作 ，還 需 要改 進 、提 高 ，本文 出發(fā)點意在拋磚 引玉，以期望與同行們在此方面 達到共同提高的 目的。參考文 獻 ? 潘正風(fēng) 等編著 ． 數(shù) 字測 圖原理 與方 法． 武漢 ：武漢 大學(xué) 出版 社 ，2 0 0 2『 2 1 宋偉東等編著． 數(shù)字測圖原理與應(yīng)用． 北京：教育科學(xué)出版 社 ，2 0 0 0r 收稿 日 期：2 0 0 2 年6 月