我国经济发展对煤炭资源的高度依赖，不可避免地带来很多煤矿安全事故的发生。对于不可预测或几率上不可避免的煤矿生产事故而言，有效的应急管理可以大大降低事故损失，否则就会造成事故危害和灾害范围的扩大。　　 从信息科学的角度对煤矿应急管理中的数据获取和分析进行研究，对实现煤矿安全预警、事故预防以及应急救援中的科学决策具有重要意义。现有的研究在数据获取和分析方面存在如下问题：重灾变应急救援，轻日常隐患管理；重日常数据监测，轻应急信息采集；重瓦斯灾害，轻水灾救援；重数据采集与处理，轻协同应用。针对以上问题，论文力求在大量实际调研和理论分析的基础上，研究日常隐患实时信息管理和预警，以及灾变后基于无线传感器网路(WSN)和地理信息系统(GIS)的数据获取和处理，最终为煤矿安全管理和决策支持服务。　　 在煤矿日常隐患实时管理和预警方面，在对煤矿现场广泛调研和深入分析的基础上，利用了多个矿区长时段的隐患数据，进行了如下研究：(1)在分析经典编辑距离算法的基础上，针对汉字表达方式的特点，通过拓展交换操作减少编辑操作的数量，得到了更理想化的编辑距离，提高了煤矿隐患数据自动处理的有效性和执行效率；(2)针对煤矿隐患排查协同处理的特点，通过协同软件应用模型的建立，进行了针对隐患排查系统的角色协同、流程协同、信息协同和计算协同的设计，提高了煤矿隐患排查的效率，为实现隐患的闭合管理供了技术手段；(3)在分析矿山数据挖掘技术和煤矿隐患数据特点的基础上，设计了煤矿隐患数据挖掘模型，分析了适用于煤矿隐患数据的挖掘算法，通过Fp-Growth等关联算法，对隐患数据进行多维关联规则挖掘，挖掘结果表明了隐患多维数据之间存在的关联性，为煤矿安全决策和灾害预警提供了支持；(4)在分析数据可视化技术和煤矿隐患数据特点的基础上，设计了煤矿隐患数据可视化模型，针对数据变换等关键技术及其实现，在深入分析的基础上给出了解决方案，达到了利用可视化的技术手段强化安全意识的目的；(5)通过可视化虚拟环境中隐患与矿图关联的技术，实现煤矿隐患数据的可视化定位；通过隐患信息在矿图上动态自动循环播放实现对隐患的监控；通过在虚拟的可视化环境中建立煤矿隐患与人及物的直接关联，预测并避免可能的事故发生，实现了对煤矿灾变事故的安全预警。　　 在煤矿灾变情况下基于WSN的信息获取的方面，利用WSN实验装置和NS2仿真工具，在实验和理论分析的基础上进行协议设计，并通过仿真实验验证设计结果的方法，进行了如下内容的研究：(1)通过对灾变救援特点的分析，提出了实时性和可靠性是灾变救援模式下WSN数据获取的主要通信要求；(2)通过对煤矿有限可变空间特点的分析和煤矿井下定位、信息监测的要求，提出了煤矿井下巷道和工作面WSN的K覆盖控制和确定性部署方案，设计了基于上述方案的层次型拓扑控制方法。(3)为设计低延迟的WSN，进一步研究WSN时间延迟规律，首先进行了WSN不同跳数、不同跳间距的数据传播时间延迟实验，其次在NS2环境进行了仿真研究，最后进行了WSN时延方面理论分析和总结，得出了跳数和时间的关系规律。(4)通过对灾变后MAC协议特点的分析，设计了自适应睡眠模式切换和退避时间优化的实时MAC协议。通过仿真实验证明，取消睡眠机制或确定合理的退避时间均可以得到更低的时间延迟。(5)提出了灾变后的功率调整策略，分别进行了巷道环境中冗余路由协议和工作面环境中基于Dijkstra策略的路由协议的设计，实现了更好的低时延和可靠性等QoS要求。　　 在煤矿水灾最佳救灾与避灾路线的方面，在利用现有研究成果的基础上，针对煤矿灾变特定的应用背景，进行了如下内容的研究：(1)对基于GIS的逃生和救援路线的基础理论和优化算法进行研究，以水灾逃生和救援的最佳路线计算模型和算法为切入点，在经典Djkstra算法的基础上，结合煤矿有限异质可变井巷分布以及对应的水灾情况下的长度当量具体因素，把方向优化算法、分区优化算法以及分级优化算法结合在一起，对Dijkstra算法进行了改进，建立了煤矿水灾动态最佳逃生和救灾路径网络模型，仿真结果证明了该算法和模型的高效性。(2)利用上述算法，设计和开发了基于WEBGIS的逃生模拟系统，对其关键技术和实现过程进行了详细阐述。　　 在WSN和GIS在煤矿应急管理中的协同应用的方面，总结了协同应用的各个方面，并以协同定位和动态路径协同计算为例，进行了以下内容的研究：(1)提出了WSN与GIS协同数据处理以解决单一应用的不足，设计了包含多个方面协同应用的整体框架。(2)针对K覆盖的WSN网络，分析了地理相关性的无线信号传播规律，提出了GIS协同的WSN基于RSSI的定位算法。依据WSN采集的RSSI信号值，一方面根据GIS数据库中参考节点的坐标选择对应的信号传播模型来计算参考节点与待测移动节点距离实现协同定位，另一方面，通过对GIS中图层、图元的操作来完成移动节点在信标节点不足情况下的定位跟踪和无信标节点情况下的区域估计。(3)通过对最短路径等效权值参数类型的分析，提出了基于WSN数据采集的最短路径静态和动态参数相结合的等效权值计算过程，并依据部分动态刷新的原则进行了动态最佳路径计算的优化。　　 本项目的研究有助于解决我国煤矿应急管理中信息科学领域的关键问题，提高煤矿安全管理水平，因此，具有十分重要的理论及现实意义。