1 引言
隨著我國(guó)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的重視，煤礦安全生產(chǎn)管理信息逐漸成為現(xiàn)代煤礦安全生產(chǎn)管理中的最顯著特征。信息的采集、傳遞、處理、控制和管理成為現(xiàn)代煤礦安全管理科學(xué)中重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也成為實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)、管理、安全保障等現(xiàn)代化程度的技術(shù)保障。目前在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家和多數(shù)發(fā)展中國(guó)家都已經(jīng)形成了比較完善的安全生產(chǎn)管理信息網(wǎng)，其內(nèi)容包括安全生產(chǎn)法規(guī)及其查詢系統(tǒng)、安全衛(wèi)生信息統(tǒng)計(jì)決策支持系統(tǒng)等。作為安全生產(chǎn)過(guò)程中的安全信息管理，是目前煤礦生產(chǎn)管理過(guò)程中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。
2 煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)的概念及體系結(jié)構(gòu)
2.1煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)（GIS）是描述、儲(chǔ)存、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門(mén)交叉學(xué)科，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)采用地理模型的分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。目前，煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)包括兩方面的內(nèi)容，一是利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)方言（VB、VC等）結(jié)合其它軟件（AutoCAD等）開(kāi)發(fā)具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信息系統(tǒng)，二是基于GIS的基礎(chǔ)，利用它的函數(shù)庫(kù)二次開(kāi)發(fā)功能，開(kāi)發(fā)出專用的地理信息系統(tǒng)軟件。而煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)是將地理信息技術(shù)與煤礦安全生產(chǎn)信息結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)信息資源的共享與應(yīng)用，是地理信息系統(tǒng)在煤礦中的具體應(yīng)用。
2.2基本體系結(jié)構(gòu)　
基于INTERNET的煤礦安全信息管理系統(tǒng)，是結(jié)合煤礦安全監(jiān)察的需要和當(dāng)代先進(jìn)的因特網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的?；w系結(jié)構(gòu)主要由：文本數(shù)據(jù)庫(kù)（包括新聞?lì)?、政策法?guī)類、學(xué)術(shù)論文類、煤礦安全監(jiān)察類）、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)組成。
基于Web GIS技術(shù)支持，集成地測(cè)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)跟蹤井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全部數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的煤礦安全信息共享與網(wǎng)絡(luò)決策平臺(tái)，主要由空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，安全專業(yè)楊關(guān)應(yīng)用平臺(tái)和Web協(xié)作服務(wù)平臺(tái)三部分組成。
基于GIS的煤礦安全管理系統(tǒng)，以生產(chǎn)安全為中心提供監(jiān)測(cè)、分析、規(guī)劃、決策等功能。整修系統(tǒng)按功能可分為：生產(chǎn)安全決策管理（生產(chǎn)調(diào)度）系統(tǒng)、礦崇山峻嶺地理信息管理系統(tǒng)、礦崇山峻嶺全面質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持系統(tǒng)。
總之，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要由安全生產(chǎn)系統(tǒng)個(gè)息庫(kù)、圖形信息庫(kù)、屬性信息庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)及用戶系統(tǒng)組成，主要是通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)信息共享。
2.3煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀
礦山災(zāi)害十分頻繁，安全管理技術(shù)還需要投入較大力度，特別是在安全信息管理技術(shù)方面開(kāi)展不同程度的控制害的模型研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作?？v觀目前煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)大致可分為以下幾大類。
2.3.1異構(gòu)數(shù)據(jù)切換查詢的系統(tǒng)
基于VB、VC語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)及AutoCAD數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)煤礦圖形處理與非圖形物一般性處理。友好的用戶界面，各個(gè)子系統(tǒng)上網(wǎng)并入綜合信息系統(tǒng)，各類用戶可以進(jìn)行直接查詢，為煤礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理發(fā)揮了巨大的作用。系統(tǒng)的圖形信息通過(guò)AutoCAD數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)定期添圖，反映實(shí)際生產(chǎn)情況，采用拼圖方式來(lái)滿足實(shí)際需要，缺點(diǎn)是如果需要在同一坐標(biāo)位置下了解多個(gè)煤層的空間關(guān)系時(shí)就無(wú)能為力了。如果同時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)，只能瀏覽數(shù)據(jù)報(bào)表，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)圖形和數(shù)據(jù)鏈接。圖形的處理和非圖形的一般屬性數(shù)據(jù)往往是分離的，用戶必須在兩者之間切換，導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。
2.3.2　具有分析功能的信息系統(tǒng)
基于美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）研制的Arc View GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)，除了能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息系統(tǒng)的一些基本功能，存儲(chǔ)、分析和表達(dá)對(duì)象的屬性信息，而且能夠處理其空間定位特征，能將空間信息和屬性信息有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從空間和屬性兩個(gè)方面對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象進(jìn)行查詢、檢索和分析，并將結(jié)果以各種直觀的形式，形象而又不失精確地表示出來(lái)。如果應(yīng)用Arc View GIS提供的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言Avenue，用于建立符合用戶特定要求的圖形界面和二次開(kāi)發(fā)。其空間分析功能，為安全決策者提供了有力的輔助決策依據(jù)。但Arc View GIS無(wú)法進(jìn)行地理坐標(biāo)的投影和配準(zhǔn)，在線要素編輯方面線型圓滑等方面還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
2.3.3具有圖形編輯和空間數(shù)據(jù)采集功能的系統(tǒng)
煤礦安全生產(chǎn)地理空間特性決定了煤礦安全生產(chǎn)信息系統(tǒng)必須采用空間與屬性分析相結(jié)合的綜合地理思維分析工具?；诿绹?guó)MapInfo公司研發(fā)的MapInfo平臺(tái)的煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)以數(shù)據(jù)表示空間分布，數(shù)字和圖形融為一體，支持?jǐn)?shù)字思維與空間思維同時(shí)進(jìn)行，能夠建立準(zhǔn)確、一致的信息來(lái)源渠道，加快安全生產(chǎn)信息的流通速度，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)管理的科學(xué)化。箉是其強(qiáng)大的編圖工具箱，用戶可以對(duì)各種圖形元素任意進(jìn)行增加、刪除、修改等編輯，且操作簡(jiǎn)單、方便，同時(shí)提供的高斯投影，在線要素的編輯等功能，同時(shí)克服了Arc View GIS不能提供線型圓滑，空間數(shù)據(jù)采集功能等多種數(shù)據(jù)庫(kù)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的缺點(diǎn)?？梢?jiàn)MapInfo是適合我國(guó)國(guó)情開(kāi)發(fā)又適合煤礦特殊性行業(yè)的地理系統(tǒng)軟件。但其空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不具備拓?fù)潢P(guān)系的，因此相對(duì)部門(mén)級(jí)、企業(yè)級(jí)地理系統(tǒng)而言其空間分析能力較弱。
2.3.4 具有生產(chǎn)信息智能決策的系統(tǒng)
以計(jì)算機(jī)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以Internet技術(shù)為紐帶，基于GIS技術(shù)支持的煤礦安全信息共享與網(wǎng)絡(luò)決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理與分析、通風(fēng)隱患情況的自動(dòng)報(bào)警。其獨(dú)具特色的基于Web協(xié)作服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了管理決策層、專家層的實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)處理分析決策與監(jiān)督管理。
3 煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)需完善的方面
3.1 實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的無(wú)縫縫合
災(zāi)害有其孕育、發(fā)生、發(fā)、轉(zhuǎn)化的時(shí)間與空間位置和范圍，災(zāi)害發(fā)生的環(huán)境背景信息對(duì)于災(zāi)害防治決策的制定以及對(duì)災(zāi)害評(píng)價(jià)有十分重要的作用，因此地理空間信息在災(zāi)害控制中始終占有非常重要的地位。災(zāi)害信息各種各樣，其數(shù)據(jù)有歷史的、現(xiàn)代的、實(shí)時(shí)的，有孕育災(zāi)害環(huán)境的、致災(zāi)因子的。掌握災(zāi)害這一系列與地理空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)地理信息系統(tǒng)分析極為重要。依據(jù)導(dǎo)致事故的理論原則和條件，一個(gè)完善的安全信息系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)設(shè)計(jì)完善的地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)、各種屬性數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種導(dǎo)致事故的事件數(shù)據(jù)庫(kù)支持。而事件的獲得只有依靠對(duì)生產(chǎn)一線情況的了解才能得到。因此，煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)包括如下內(nèi)容：自然環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫(kù)、經(jīng)濟(jì)背景數(shù)據(jù)庫(kù)、災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息庫(kù)、空間圖形信息庫(kù)、空間屬性信息庫(kù)、煤礦地質(zhì)信息庫(kù)等。通過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的無(wú)縫縫合，以多尺度、多方式形象地反映災(zāi)情與災(zāi)害背景信息。
3.2 模擬仿真技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展
模擬仿真技術(shù)是通過(guò)圖形（圖像）反映災(zāi)害狀況的最好手段，煤礦災(zāi)害同其它地理現(xiàn)象一樣，具有空間定位性。通過(guò)模擬仿真技術(shù)可將各種數(shù)據(jù)或分析成果，如災(zāi)害類型分布、災(zāi)害危險(xiǎn)程度分區(qū)、災(zāi)情動(dòng)態(tài)演變、損失及救災(zāi)措施、規(guī)劃等直觀而有效地交互式的顯示在電子地圖上。管理人員通過(guò)查看歷史曲線，利用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)預(yù)測(cè)災(zāi)變或發(fā)展趨勢(shì)，做出準(zhǔn)確的分析判斷，并給出相應(yīng)的反饋信息和決策，進(jìn)而做到科學(xué)指揮，將災(zāi)害消滅于萌芽狀態(tài)或?qū)?zāi)害損失降到最低限度。利用GIS技術(shù)還可以進(jìn)行災(zāi)害模擬，使我們可以在無(wú)損現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的條件下，研究災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，檢驗(yàn)防災(zāi)系統(tǒng)和方案是否合理。
進(jìn)一步模擬仿真技術(shù)還應(yīng)支持虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，當(dāng)觀察者進(jìn)入虛擬的開(kāi)拓系統(tǒng)中，應(yīng)能觀察到巷道的支護(hù)情況，頂?shù)装寮皟蓭蛶r性，機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等。使決策者如同身臨其境，各種可能方案的優(yōu)劣比較也清楚明白，在防災(zāi)減災(zāi)決策時(shí)減少盲目性。
3.3 自動(dòng)化控制功能的欠缺
煤礦安全生產(chǎn)生產(chǎn)信息系統(tǒng)從開(kāi)發(fā)起就把重點(diǎn)放在信息的監(jiān)測(cè)等方面，并沒(méi)有投入足夠力量研究自動(dòng)控制。而安全生產(chǎn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及信息科學(xué)、控制科學(xué)、管理科學(xué)等。在事故即將發(fā)生的千鈞一發(fā)之際，生產(chǎn)控制系統(tǒng)能利用安全生產(chǎn)信息系統(tǒng)的信息啟動(dòng)安全防護(hù)設(shè)備，控制災(zāi)害發(fā)生，減少災(zāi)害損失。
4 煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)展望
從開(kāi)發(fā)煤礦安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)入手，運(yùn)用GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理信息、生產(chǎn)信息、安全信息一體化自動(dòng)采集、共享、應(yīng)用。再進(jìn)一步運(yùn)用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)模擬仿真技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)集監(jiān)測(cè)、控制、和管理決策于一體的自動(dòng)化安全監(jiān)控體系的煤礦安全生產(chǎn)信息系統(tǒng)將是信息社會(huì)中煤礦安全生產(chǎn)的重要組成部分。
5.1 運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的無(wú)縫縫合
安全生產(chǎn)地理信息系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)不同來(lái)源、不同表達(dá)方式、不同內(nèi)容主題的多源信息和數(shù)據(jù)在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)綜合、處理、分析；按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化與空間尺度的結(jié)合，即對(duì)空間多尺度和時(shí)間多尺度的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，可以更好地反映災(zāi)害發(fā)展規(guī)律，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的無(wú)縫縫合。以多尺度、多方式形象地反映災(zāi)情與災(zāi)害背景信息，為管理決策者提供準(zhǔn)確可靠的第一手資料。
5.2 啟動(dòng)安全防護(hù)設(shè)備應(yīng)急控制體系實(shí)現(xiàn)防災(zāi)、減災(zāi)
專業(yè)模型與專家系統(tǒng)信息庫(kù)在緊急時(shí)刻可繞過(guò)一般控制程序，直接作用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)設(shè)備，控制災(zāi)害發(fā)生、減少災(zāi)害損失。