gis在es在礦區(qū)沉陷防治中的決策支持

1、地 礦測(cè)繪 2 O O 2 ， 1 8 ( 2 ) ： 7— 9S u r v e y i n ga n dMa p p i n g o f Ge o l o g ya n dMi n e r a lR e s o u r c e s·7-C N5 3一l l 2 4 ／I D I S S N l 0 0 7—9 3 9 4G I S與 E S在 礦 區(qū)沉 陷防治 中的決 策支持 王卷 樂(lè) ， 戴仔 強(qiáng) ， 吳侃 (

2、中國(guó)礦業(yè) 大學(xué) 環(huán)境 與測(cè)繪 學(xué) 院 ， 江 蘇 徐 州2 2 1 0 0 8 )摘要 ： G I S 以其特有 的空間分析和 圖形顯示 功能 ， 近幾 年來(lái) 在測(cè)繪行業(yè) 中得到 了廣泛的 應(yīng)用。 而 E S 則 以其擅 長(zhǎng)解決 非結(jié)構(gòu)化 或半結(jié) 構(gòu)化 問(wèn)題 ，同樣在地學(xué) 領(lǐng)域取 得進(jìn)展 。把兩 者結(jié)合起來(lái) ， 根據(jù)其 各 自特點(diǎn) ， 使之互 為支持 、 補(bǔ)充 ， 共 同為礦 區(qū)沉陷 防治進(jìn) 行決策 支持 。此 外 ， 對(duì) G I S

3、與 E S 結(jié)合 的 關(guān)鍵技術(shù) K D D 進(jìn)行 了探討 。關(guān)鍵詞 ： 地理信息 系統(tǒng) ； 專 家系統(tǒng) ； 礦 山沉陷 ； 空間決策支持 系統(tǒng) ； 從數(shù)據(jù)庫(kù) 中發(fā)現(xiàn) 知識(shí) 中圖分 類號(hào) ： P 2 0 8 ： T D 1 7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A文章編號(hào) ： 1 0 0 7— 9 3 9 4 ( 2 0 0 2 ) 0 2 一 O O O 7 — 0 3De c i s i o nS u p p o r to fGI Sa n dESi n

4、t h eP r o t e c t i o no fM i n i n gS u b s i d e n c eWANGJ u a n—l e ，D AIZ i —q i a n g ，WU K a n( E n v i r o n m e n ta n dS p a t i a ll n f o r m m~ C o l l e g eo fC h i n aU m , ~r s u yo f Mi n i n g& T

5、e c h n o l o g y ，X u z h o u ，J i , ~ g s u2 2 1 0 0 8 ，C h in a )Ab s t r a c t ： D e p e n d i n go ni t ss p a t i a la n a l y s i sa n dg r a p hs h o w i n gf u n c t i o n s ， GI Sw a se x t e n s i v e l yu s e

6、 di ns u r v e yi nt h e s ey e a r s ．B e c a u s eE Si sg o o da ts o l v i n gn o—s t r u c t u r eo rh a J f — s t r u c ~r ep r o b l e m s ．s o i ti sw id e l yu s e di ng e o s c i e n c ef i e l d．T h i st h e

7、s i sc o mb i n e dt he s et w ot e c h n o l o g i e s a n dma d et he m s u p p o r ta n dc o mp l e me n te a c ho t he rb a s e do nt he i rr e s p e c t i v ef e a t u r e s ．S ot he yc a i 1s u p p o r tt hed e c

8、 i s i o no f p r ot e c t i o no f mi n i n gs u b s i d e n c e ．T h et he s i sa ls o d i s c u s s e dt hek e yt e c h n o l o g i e sKD D o ft hec o m b i n a t i o no fG I Sa n dE S．K e yw o r d s ： G I S； E S ；

9、M i n i n gs u bs i d e n c e ；S D S S( S p at i a lD e ci s i o nS u p p or tS y s t e m) ；K D D ( K n o w l e dg eD i s c o v e r yf r o mD a t a b a s e )1 引言 礦山開(kāi)采沉 陷的破壞 是 巨大 的 ， 無(wú)論是 井 工開(kāi) 采還是 露 天 開(kāi)采 ， 都 不可避免地要 引起地面 的破

10、壞 ， 井工開(kāi)采 主要引起地 面 沉 陷及 由此引起 的地裂 縫 、 山體 開(kāi)裂 、 滑 坡等 ； 露 天開(kāi)采 對(duì)土地 的破 壞 除剝離 物 占地 外 ， 主要 是挖損 。截 止 1 9 9 4 年底 ， 全 國(guó)井 工 開(kāi)采 引起 的地 面沉陷 ( 下沉 大于 1 0m i l 1 ) ， 面 積達(dá)40 0 0k m 2 ， 平 均每采 l ×1 o 4t 煤 沉陷 土地 20 0 0m 2 ； 露天開(kāi)采挖 損土地 面積達(dá) 8

11、 0， 平 均每采 l ×1 o 4t 煤 挖損土地 8 0 0? 1 。針對(duì) 這種情 況 ， 就礦 區(qū)的可持續(xù) 發(fā)展和環(huán)境 治理而言 ， 急需 有效 的礦區(qū)開(kāi)采 沉陷災(zāi)害預(yù)測(cè) 預(yù)報(bào)及綜合 治理方法 。并且這些 預(yù)測(cè)手段 和結(jié) 果不 僅要 能 夠和 礦 區(qū)實(shí) 時(shí) 的 開(kāi)采 沉 陷變 化 相結(jié) 合 ， 而且還要 同它的災(zāi) 害評(píng) 估及 綜合 治理 相協(xié) 調(diào) 。在 當(dāng)今 情況 下 ， 采用準(zhǔn)確合適 的預(yù)測(cè) 預(yù)報(bào)模 型已經(jīng) 比較成熟

12、， 但如 何利用更 先進(jìn) 的數(shù) 據(jù)采集 和處 理手 段 ， 如何 用 可視化 的方 式表 達(dá) 與智能 型 的分析 決策來(lái)進(jìn) 一步指導(dǎo) 礦區(qū)的可持續(xù) 生產(chǎn)顯得 日益迫切 。收稿 日期 ： 2 O O l 一 0 5 — 2 42G I S 和 E s 技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢(shì) 理論和實(shí)踐 表明 ， 將 G I S 技術(shù)應(yīng) 用于礦 區(qū)災(zāi) 害預(yù)報(bào)分 析 中 ，無(wú) 疑是 為研究者 提供 了一個(gè) 強(qiáng)有力 的工具 。其優(yōu)點(diǎn) 可概括 為以 下 4 個(gè)方 面 ：

13、 ( 1 ) 可將專業(yè)分 析模型融 入 G I S 的空 間分 析功能 之 中 ； ( 2 ) 空 間數(shù)據(jù) ( 包 括 圖形 數(shù) 據(jù) 和屬性 數(shù) 據(jù) ) 一體 化 、 可視 化 ；( 3 ) 數(shù)據(jù) 的重新使用 、 查 詢檢索 大大 方便 了用 戶 ； ( 4 ) G I S 技術(shù) 的 可視化 ， 圖文一體化操作 ， 三維立體模擬 和“ 所 見(jiàn) 即所得 ” 效果是 傳統(tǒng)方 法不可 比擬 的 。地 理信息 系統(tǒng) 的應(yīng)用 大大 地改善 了人們

14、管理大 規(guī)?？?間數(shù) 據(jù) 的能 力 ， 在 此基礎(chǔ)上進(jìn) 行空間分析 ， 成 為解 決礦 區(qū)沉 陷預(yù)測(cè)及 防治 的有力工具 。然 而 ， G I S也 面 臨著發(fā) 展上 的 巨大 障礙 ， 它在 實(shí)際應(yīng)用 中的空間 分析和模 型 模擬 能力相 對(duì) 薄弱 ， 通 常 只能提 供輔助決 策過(guò)程 中的數(shù)據(jù)級(jí)支 持 ， 不 能提供實(shí)質(zhì)性 的決策方 案 ，難 以求解 復(fù)雜 的結(jié) 構(gòu)化較差 的空間決策 問(wèn)題 。因?yàn)檫@些 問(wèn)題的 解決過(guò) 程包括大量 的

15、人為經(jīng)驗(yàn) 和專家知識(shí) 。作 為空間數(shù) 據(jù)分析 和處理工具 ， G I S 缺乏 知識(shí) 處 理 和進(jìn) 行啟 發(fā) 式 推理 的 能 力。因 維普資訊 http://www.cqvip.com 第 2期王卷 f t ． ， 戴 仔強(qiáng) ， 吳侃 ： G I S 與 E S 在礦 區(qū)沉陷防治 中的決 策支持 ·9 ·4 礦山沉陷防治決策支持設(shè)計(jì) 近期 國(guó)外研 究表 明 ， G 1 S 將來(lái) 能 否獲得 成 功 ， 在很 大程

16、 度上 依賴 于更加 復(fù)雜的分析技 術(shù)和模 型模 擬能 力的開(kāi)發(fā) ?？臻g決 策支持 系統(tǒng) ( S D s s ) 就 是 基于 這種 認(rèn) 識(shí)而 提 出 的新 概念 。C o r r y和 M o r t o n 等人 1 9 7 1 年首 次使用 “ 決策 支 持 系統(tǒng) D S S ” 這 一 術(shù)語(yǔ) ， 它 是管理信息 系統(tǒng) ( M I S ) 的 發(fā)展 。2 0世紀(jì) 8 o 年 代 中期 ， 由于管理 決 策部 門對(duì) G I S的進(jìn)一

17、 步要求 ， D S S的概念 和理論 被引入 G I S 的 研究 中 ， 促 使 G 1 S向 S D S S 延 伸 。S D S S 是 面 向空 間 問(wèn)題 領(lǐng)域 的D S S ， 主要用 于難于具體 描述 和模 擬 的結(jié) 構(gòu) 化較 差 的空間 問(wèn)題 ，它與 G I S 的最 主要 差別在 于 ： S D S S 用 于求解 半 結(jié)構(gòu) 化或 非結(jié) 構(gòu) 化 的空 間問(wèn)題 ； 它更強(qiáng) 調(diào)知識(shí) 和模 型 在問(wèn)題 求解 過(guò) 程 中的重要

18、 性 ； 它具有專 門的模 型庫(kù)系統(tǒng) ， 供決策人 員分析 和決 策時(shí)進(jìn)行模 型選擇 和構(gòu)造新 模型( 閻守 邕等 ， 1 9 9 6 ) 。就 S D S S 在礦 山沉 陷防治 中的應(yīng)用而 言 ， 其 基本結(jié) 構(gòu) 如圖 2所 示 。該 系統(tǒng)使得 D S S 對(duì) 于決策者 的支持能力大 大增強(qiáng) 。在 某種 意義 上來(lái)說(shuō) ， 該系統(tǒng) 的推理被看成 一個(gè)準(zhǔn)專 家系統(tǒng) 。圖 3 專家 系統(tǒng) 支持 下的開(kāi)采沉 陷分析 決策 系統(tǒng) F i g

19、． 3：Mi n i n gs u b s i d e n c ea n a l y t i cd e c i s i o ns y s t e m s u p p o r t e dwi t hE S圖 4G I S 與 E s 結(jié)合對(duì)礦 區(qū)沉 陷防 治決策 支持 F i g ． 4：Co mb i n e dG1 Sw i t h E Si n t od e c i s i o ns u p p or t o fp r e v

20、 e n t i o na n dc u r eo fs u b s i d e n c ei nmi n in g a l - e a郭達(dá)志 ( 1 9 9 7 ) 曾就利 用專家 系統(tǒng) 的思想對(duì) 開(kāi)采 沉陷 災(zāi)害進(jìn) 行管 理和指導(dǎo)決 策設(shè)計(jì) 了智 能型開(kāi) 采沉 陷 系統(tǒng)【 5 。 ， 其 系統(tǒng) 原理 如 圖3 所示 。模 型化子 系統(tǒng) 是 整個(gè) 系統(tǒng) 的關(guān) 鍵 部 分 ， 它包 括 模 型庫(kù) 和驅(qū) 動(dòng)器兩個(gè)部 分 ， 開(kāi)采 沉

21、陷預(yù)計(jì) 模 型也 可存儲(chǔ) 在 其 中。該 系統(tǒng)是 對(duì)知識(shí)庫(kù)專 家系統(tǒng) 的模 擬 ， 其 模型庫(kù)類 似于知識(shí) 庫(kù) ， 而驅(qū)動(dòng) 器是一種配 套推理 機(jī) 。模 型驅(qū) 動(dòng)器通 過(guò)用 戶接 口接 受命 令 ， 以選擇 、 啟 動(dòng)適 當(dāng)?shù)哪?型 。被啟 動(dòng) 的模 型 可從 數(shù)據(jù) 庫(kù) 中檢索所 需 的信息 ， 并將模 型化 的成果 再存 儲(chǔ)起 來(lái)。將 驅(qū)動(dòng) 器與模 型庫(kù)分 開(kāi)是便 于增 加新模 型 或 修改 舊模 型而 又 不影 響 系統(tǒng) 的 其它