基于GIS 的煤炭資源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
邢向榮 袁景山 馬宏兵
摘要：以MAPGIS 為開發(fā)平臺(tái)，SQLServer2000 為開發(fā)語言，以國土資源局的業(yè)務(wù)為主，建立煤炭資源圖形數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫，并對(duì)其進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，旨在推動(dòng)山西省煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行煤炭資源現(xiàn)代化管理具有重要的社會(huì)意義。
關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫，屬性數(shù)據(jù)庫，關(guān)聯(lián)，煤炭
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
引言
山西省素有“煤炭之鄉(xiāng)”的稱謂，煤炭覆蓋區(qū)域占全省總面積的1/3以上。建國以來國家對(duì)山西煤礦進(jìn)行了全面的地質(zhì)勘察，留下了大量的地質(zhì)資料、測(cè)繪資料，這些資料是山西省國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要財(cái)富。然而，這些寶貴資料自20 世紀(jì)50 年代以來均以紙張記載，不利于長(zhǎng)時(shí)間的存放，且給查找?guī)砹艘欢ǖ睦щy，嚴(yán)重影響了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)管理活動(dòng)。隨著計(jì)算機(jī)的普及，出現(xiàn)了以磁載體為介質(zhì)的數(shù)字化產(chǎn)品，數(shù)字化產(chǎn)品與以紙圖為載體的模擬產(chǎn)品相比較，前者更具實(shí)時(shí)性，且具有便于增刪、存儲(chǔ)、修改、管理等優(yōu)點(diǎn)，因此以數(shù)字化產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬產(chǎn)品已成為必然趨勢(shì)。鑒于以上情況，為推動(dòng)山西省煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展，順應(yīng)煤炭資料電子化和信息技術(shù)發(fā)展的需求，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行煤炭資源現(xiàn)代化管理具有十分重大的社會(huì)意義。
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems,簡(jiǎn)稱GIS ）是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。隨著21 世紀(jì)的來臨，一個(gè)全新的信息社會(huì)和空間時(shí)代即將展現(xiàn)在人們面前，地理信息技術(shù)將在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更加重要和積極的作用。其中MAPGIS軟件就是我國國內(nèi)可以與世界頂尖地理信息系統(tǒng)軟件相媲美的前沿軟件。
1 總體設(shè)計(jì)思想
基于GIS 基礎(chǔ)平臺(tái)MAPGIS上開發(fā)的煤炭資源管理系統(tǒng)研究的目的就是在MAPGIS 軟件的支持下，集中運(yùn)用地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的成果，在理論和實(shí)踐上探討一種煤炭資源管理的信息化方法。而空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立是煤炭資源管理系統(tǒng)的核心技術(shù)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地質(zhì)圖形數(shù)字化，建立了圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩類相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫，圖形數(shù)據(jù)由點(diǎn)、線、面三類圖形元素組成并分別存儲(chǔ)在MAPGIS的點(diǎn)文件、線文件和面文件中，屬性數(shù)據(jù)描述圖元特征，存儲(chǔ)在SQLServer2000 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過圖元內(nèi)部標(biāo)號(hào)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了圖形數(shù)據(jù)庫中內(nèi)部屬性表與屬性數(shù)據(jù)庫中外掛屬性表的連接，將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、處理和分析。
此次任務(wù)是利用SQLServer2000 企業(yè)版，創(chuàng)建一個(gè)支持大型網(wǎng)站，企業(yè)聯(lián)機(jī)事務(wù)處理及企業(yè)大型數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析處理的煤炭資源數(shù)據(jù)庫。用于建立一個(gè)煤炭資源管理數(shù)字化平臺(tái)，并根據(jù)不同的用戶權(quán)限，實(shí)現(xiàn)不同的功能。其基本功能為：1 ）煤礦基本情況查詢；2 ）煤礦資源儲(chǔ)量管理；3 ）煤礦地質(zhì)環(huán)境管理；4 ）其他日常事務(wù)管理。不僅要利用Internet 在Web 上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的地理空間集成平臺(tái)，而且要用GIS 系統(tǒng)建立地質(zhì)環(huán)境模型和地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的變化及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)分析，同時(shí)通過對(duì)儲(chǔ)量做統(tǒng)計(jì)分析以及“回采率”、補(bǔ)償費(fèi)管理，為國土資源局等部門的管理、模擬研究以及環(huán)境保護(hù)工作提供決策依據(jù)。
2 數(shù)據(jù)建庫
數(shù)據(jù)建庫是指將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并錄人至數(shù)據(jù)庫的過程，數(shù)據(jù)建庫包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)錄入的過程。這其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫定義尤為重要，這也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
1 ）數(shù)據(jù)定義：是對(duì)系統(tǒng)中用到數(shù)據(jù)及其關(guān)系的描述。本系統(tǒng)中用到的數(shù)據(jù)包括該地區(qū)的煤礦分布圖、行政區(qū)劃圖、地質(zhì)地形圖、各煤礦的儲(chǔ)量計(jì)算圖、各煤礦的廠上下對(duì)照?qǐng)D、各煤礦的煤層采掘工程平面圖、各煤礦的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)現(xiàn)狀圖等，除此之外還包括與這些空間數(shù)據(jù)有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。
2 ）數(shù)據(jù)庫定義：主要是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，包括各數(shù)據(jù)表的構(gòu)成、數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系等。本系統(tǒng)采用SQL Server 作為數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)空間，每一項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)在SQL Server 中作為一個(gè)關(guān)系表存在，而空間數(shù)據(jù)則采用MAPGIS 格式，通過MAPGIS SDE 利用SQL Server 進(jìn)行管理。屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間通過關(guān)鍵字進(jìn)行連接，所有這些過程對(duì)于用戶層面是完全透明的，因此可以做到所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。
3 圖形數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)的圖層劃分與命名規(guī)則
GIS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)量大、系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的要求高。地理信息系統(tǒng)是以圖層來分類存儲(chǔ)不同的信息。本系統(tǒng)以縣（市）行政區(qū)劃為單位進(jìn)行管理，劃分的圖層在不同縣（市）的數(shù)字化圖中都是一致的。為保證不同縣（市）圖形信息及相應(yīng)屬性信息的獨(dú)立性，防止圖層名重復(fù)出現(xiàn)，圖層名編碼結(jié)構(gòu)見表1 。
表1 圖層名編碼結(jié)構(gòu)
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資源儲(chǔ)量估算平面圖 |
||
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圖層名 |
圖層含義 |
特征屬性 |
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CLTK |
圖框及圖例框界線 |
線實(shí)體 |
其中圖類編碼取相關(guān)專業(yè)術(shù)語關(guān)鍵詞的首字母，如DDGX 表示底板等高線，再如MKFBTK表示煤礦分布圖中的圖框及圖例框界線圖層。在本系統(tǒng)中，主要部分圖層包括：圖幅基本信息圖層、水系圖層、交通圖層、居民地圖層、境界圖層、地形等高線圖層、地層圖層、地層巖性圖層、構(gòu)造圖層、底板等高線、儲(chǔ)量塊段注記圖層等。
3.2 圖層內(nèi)部屬性表設(shè)計(jì)
1 ）實(shí)體類型“統(tǒng)一編號(hào)”規(guī)則。本系統(tǒng)實(shí)體類型“統(tǒng)一編號(hào)”是GIS 連接空間圖元與屬性表及外部數(shù)據(jù)庫的唯一性關(guān)鍵字，三者必須保持一致。其編碼結(jié)構(gòu)如下：
口口口 口口 口口口口
——礦山企業(yè)編碼（與采礦證對(duì)應(yīng)）;
——實(shí)體類型編碼：01 ——儲(chǔ)量，02——地質(zhì)，03——回采率，04—— 補(bǔ)償費(fèi)，05——采空區(qū)，06-鋁土礦；
——行政區(qū)劃國標(biāo)代碼為縣級(jí)共3 位。
2 ）其他圖類“統(tǒng)一編號(hào)”規(guī)則。
口口口 口口 口口口口
——圖元順序編號(hào)；
——圖層代碼；
——行政區(qū)劃國標(biāo)代碼縣（市）級(jí)共3 位。
說明：當(dāng)順序號(hào)不足四位應(yīng)在前面加O ，補(bǔ)足4 位。
3 ）主要圖層的內(nèi)部屬性表設(shè)計(jì)。屬性數(shù)據(jù)分為圖元內(nèi)部屬性與外部屬性兩部分，內(nèi)部屬性反映圖元的固有特征，以ID 或其他關(guān)鍵字段女歸儀行編碼與圖形數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)，本系統(tǒng)以“統(tǒng)一編號(hào)”為關(guān)鍵字與圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如某一工程圖層內(nèi)部屬性見表2。
表2
|
字段名稱 |
字段名 |
數(shù)據(jù)類型 |
長(zhǎng)度 |
|
縣區(qū) |
XQ |
Character |
10 |
3.3 圖形數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
根據(jù)MAPGIS的數(shù)據(jù)文件格式，圖形數(shù)據(jù)主要由地理地圖數(shù)據(jù)、點(diǎn)文件（.wt ）、線文件（.wl）、面文件（.wp）組成，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國土資源局已有的資料，建立煤炭資源管理系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)庫。
3.4 外部屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
外部屬性則反映外部動(dòng)態(tài)變化的圖元特征參數(shù)，以外掛屬性表的形式存在，它是圖元內(nèi)部屬性的補(bǔ)充或稱圖元外掛屬性的集合。外掛屬性表以數(shù)據(jù)庫的形式存儲(chǔ)。內(nèi)部屬性與外部屬性表通過外掛數(shù)據(jù)庫連接碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接與交換。MAPGIS6.7能連接的外掛數(shù)據(jù)庫有DBASE ,Foxbase,Foxpro,Visual FoxPro,Access,Excel等數(shù)據(jù)庫軟件生成的文件，同時(shí)，MAPGIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫兼容性，可與oracle , infomix 等多種大型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換的能力，本系統(tǒng)外掛數(shù)據(jù)庫管理軟件為SQL Server2000。
根據(jù)煤炭資源的實(shí)際情況，本系統(tǒng)外部屬性數(shù)據(jù)庫主要包括煤礦概況、圖幅信息、煤礦邊界控制點(diǎn)、煤礦中心坐標(biāo)、煤礦圖件、采礦申請(qǐng)、礦山延續(xù)、礦山變更、儲(chǔ)量管理等數(shù)據(jù)類型，由Visual Foxpro6.0進(jìn)行創(chuàng)建與管理。
3.5 圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)
圖形數(shù)據(jù)庫存放實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)及與實(shí)體密切相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)庫則存放動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及報(bào)表、文字說明等屬性信息，圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫是相互獨(dú)立的，但在使用過程中，二者之間又必須時(shí)時(shí)相連。目前，連接圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的辦法是采用連接碼，即在圖形數(shù)據(jù)庫中圖元的屬性表內(nèi)建立一個(gè)連接碼，同時(shí)在屬性數(shù)據(jù)庫相應(yīng)記錄設(shè)置相同的連接碼標(biāo)識(shí)，通過軟件將二者完美地結(jié)合起來。由于外掛數(shù)據(jù)庫中可以由單個(gè)數(shù)據(jù)表相互關(guān)聯(lián)，也可以由多個(gè)數(shù)據(jù)表相互關(guān)聯(lián)，通過各表的關(guān)聯(lián)字段進(jìn)行內(nèi)部關(guān)聯(lián)，同時(shí)通過各表的關(guān)聯(lián)字段與MAPGIS空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部屬性表相應(yīng)字段連接，從而實(shí)現(xiàn)外掛數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)圖形庫的整合。實(shí)現(xiàn)上述功能的核心技術(shù)是：當(dāng)前圖形實(shí)體的內(nèi)部屬性關(guān)聯(lián)字段值，是通過MAPGIS平臺(tái)的API 函數(shù)調(diào)用。
4 結(jié)語
本系統(tǒng)以MAPGIS軟件為開發(fā)平臺(tái)，SQL Server2000 為開發(fā)語言，開展了礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，可以滿足礦產(chǎn)資源信息的日常管理需要，對(duì)提高礦產(chǎn)資源的管理水平起到積極的推進(jìn)作用，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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Design of management system of coal resources based upon GIS
Xing Xiang-rong Yuan Jing-shan Ma Hong-bing
Abstract : Taking MAPGIS as platform and SQL Server2000 as development graph dstabase and attribute database of coal resources are built and associated, which mainiy focus business from land and resources bureaus in order to promote the development of coal economy of Shanxi and provide instruction for computer aided management of coal resources.
Keywords:spatialdatabase,attributedatabase,association,coal
