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摘要：以广西大厂锡矿山矿区为范例，在VB环境下进行组件式GIS二次开发，建立了金属矿山地质灾害信息管理系统，对地质灾害信息进行方便、快速、有效的管理。解决了我国金属矿山以往普遍采用的人工记录、档案管理模式中的管理不便、使用不便的问题。便于发现地质灾害与其他因素的内在联系，总结灾害发生的规律，对矿山的防灾、减灾以及灾害损失评估具有重要意义。
关键词：GIS；金属矿山；地质灾害；信息管理系统
中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)17-31221-02
Application of GIS for Metal Mine Geological Hazards Information Management
ZONG Xue-bao1,CHEN Chun-xiang1,ZHANG Xiao-ai2
(1.Guilin University of Technology,Guilin 541004,China;2.Shandong Youth College for Administrative Cadre,Jinan 250014,China)
Abstract：Taking Dachang as an example, describe the development of Geological Hazard information Management System in VB and subassembly GIS developing environment. Realize the more convenient, rapid and effective management to hazard information. Some problems are solved which exist in the hazard information management patterns generally used in metal mines, such as manual record and archive management. The system is beneficial to find the contacts and rules between geological hazards and other factors, and has great meaning to the prevention, reduction and loss evaluation of the Geological Hazards.
Key words：GIS；metal mine；geological hazard；information management system
1 引言
广西区南丹县的大厂锡矿是广西最大的有色金属产区，也是突发性地质灾害重灾区。以往对灾害信息资料的管理都是采用人工记录，档案管理的模式[1]。随着时间的推移，积累了大量的灾害数据资料，这些资料中含有大量有价值的信息，通过总结分析，可以找到地质灾害与其他环境因素的内在联系，发现灾害发生的规律，对当前矿山地质灾害的防治、预警和受灾损失评估都有很大的帮助。但档案式管理有很多弊端，翻阅和查找都相当费时费力，使得这些资源得不到及时有效的管理和利用，也难以发现其中的规律。地质灾害信息管理系统的开发，充分解决了档案式管理模式中的这些矛盾。
2 系统开发的目标
该系统的主要目标为：以广西大厂锡矿为示范矿山，以VB和组件式ArcGIS9.0为平台，开发大厂锡矿灾害信息管理系统，建立矿区地质资料数据库、图形图像库等，有效融合航天遥感资料、地面地质调查资料、矿山开发资料和地理资料等，达到动态、多维的反应灾害地质体的现状和演变过程，判断灾害地质体发展成灾的趋势。实现快速的灾害信息采集、存储、管理和检索，预测灾害突发成灾的影响范围和对矿山与周围地区的影响程度，进行概略的损失评估，为矿山灾害风险管理提供信息。
3 系统的总体架构设计
系统总体架构如图1所示，主要包括矿山属性数据管理、矿山空间信息管理、地质灾害三维模拟三大模块。
4 数据结构设计
数据是整个信息管理系统的基础，数据结构设计的优劣直接关系到整个信息管理系统的运行性能。地质灾害的数据的物理组成包括空间数据和数据库数据。针对矿山地质灾害数据的特点，确定使用如下几种数据结构：MXD地图文件、SXD三维场景文件、数据库文件、数据表、图层、图元。
文件是本系统管理的最高层对象，以矿点为单位，每个矿点建立一个MXD地图文档、一个SXD三维场景文件和一个Access数据库文件。
图1 系统的总体架构图
数据表是纪录同一类型信息的数据的集合，是组成数据库的基本单位。根据数据性质，本系统对不同类型的信息数据设计了对应的数据表[2]，见图2。
图2 数据表构成图
图层是表现同一类主体的要素集合，是构成地图文档的基本单位。不同类的主体具有不同的属性表，数据操作和管理也有很大的不同。为区分不同类的主体并便于对各类主体的属性进行独立操作，需要对不同主体的数据进行分层管理。系统中设计了如下图层，见图3。
图元是图形信息的最小单位，也是矢量图层的构成单位，由点、线、多边形三种基本类型。根据不同地物各自不同的特点，分别用不同类型的图元来表示。图元的编码在同一个MXD文档中要唯一，不能重复。系统采用图层代号+图元代号+序号八位数字表示图元编码，前两位是图层代号，第三位是图元类型代号，后边几位表示图元序号，根据图元的数量来确定位数，并留出了一定的余地，以便系统将来进一步资料扩充。
图3 信息管理系统系统图层构成
5 系统各功能模块设计及实现
系统包括了三大功能模块，矿山地质灾害属性数据管理模块、矿山空间数据管理模块、模拟预测模块，针对各个模块的数据资料及功能特点，我们采取了不同的数据组织和开发策略。
矿山地质灾害属性数据管理模块主要包括矿山基础数据管理、矿山地质数据管理、矿山开采数据管理、矿山灾害数据管理。对这些属性数据主要采取数据库的形式存放管理。系统外挂了Access 数据库，将整个矿区的灾害属性数据，存放在数据库中，从系统中用ODBC连接数据库，进行相应的查询修改操作。这部分模块开发的主要功能有: 信息输入、数据修改等数据库管理子模块和向导式查询、SQL 查询、浏览式查询等子模块。
矿山空间数据管理模块包括、图像数据管理、空间属性数据查询三大模块。
图形、图像数据管理主要包括对系统中的地形图、地质图、行政区划图、遥感图像和地质影像数据的添加和删除。矿区提供了1∶1万的地形图、1∶1万大厂锡矿区地质图、相应区域的1∶1万DEM高程数据和行政区划图。在入库之前，要对纸质资料进行转化，用扫描仪将纸质图件扫描成能存储在计算机中的栅格影像。为了便于在以后的查询分析中使用方便，还要将这些栅格影像进行矢量化。矢量化采用ArcGIS自带的ArcScan组件来完成，首先对影像进行坐标配准，指定其坐标系统。然后根据不同的数据主体，分层进行矢量化。矢量化完成以后，对各矢量图层的属性表字段进行修改，并对图元进行编号，丰富完善属性数据，最后根据矿点位置分别存放成MXD文件。在VB环境中添加MapControl控件，并导入相应得MXD文档，调用相应的接口进行开发，实现相应的管理和查询功能。
空间属性数据查询主要是实现对系统中的空间数据库和属性数据库以及灾害数据库的数据查询和修改。这部分主要在VB环境下进行组件级二次开发，调用相应的接口，实现空间数据的查询、定位、地图漫游、缩放等功能。利用ArcGIS Engine 中的ToolBar控件可以方便的实现部分查询、漫游等功能。
模拟预测模块这部分主要包括三维地形模拟和尾砂库溃坝地质灾害演进动画模拟，主要实现地质灾害的分析评估功能，将地质与气象数据耦合，根据降雨量的不同，估算汇水量、溃坝淹没面积及经济损失。
图4 三维地形模拟
三维地形的模拟[3]是在ArcGIS中的ArcScene组件中完成的。首先在ArcScene中将矿区的DEM高程栅格数据导入，再将卫星遥感影像导入，将DEM栅格图像图层的属性中”Base Hight”设置为从DEM栅格数据层获得高程，这样栅格图像影像就变成了具有高程的三维地形了，在三维地形的表面再贴上遥感影像的纹理，就获得了比较逼真的三维地形模拟效果。将这个场景保存成SXD文档，在VB环境下利用SceneControl控件加载这个SXD文档，就在系统中获得了三维地形。如图4所示。
矿区尾矿库潜在的溃坝灾害，是对矿区最大的威胁。数十年来的矿山开采，形成了几十座大小不一的尾矿库，库容量最大的是车河灰岭尾矿库，设计总容量为3000多万立方米，库容量在百万立方米以上的尾矿库也不鲜见，这些尾矿库一旦在雨量过多时发生溃坝，危害巨大。这也是矿区重点防护的灾种。所以在系统中利用SceneControl控件开发了溃坝灾害动画演示模块，以帮助对溃坝灾害的分析评估。
6 结束语
本系统的成功开发，实现了矿区地质灾害信息数据的无纸化管理，极大地提高了数据信息录入和信息查询的速度，也方便了在海量信息中寻找地质灾害发生的规律。对溃坝灾害的动态三维演进模拟，为溃坝的危害提供了更直观的展示，也为矿区的地质灾害的预警和防灾提供了科学的有力的决策依据，提高了工作的效率。
参考文献：
[1]杨念哥,李庶林.金属矿山地质灾害信息管理系统的开发[J].中国地质灾害与防治学报,2003,14(1):64-67.
[2]张永波,张礼中.地质灾害信息系统的设计与开发[M].地质出版社,2001.
[3]卞海红,王峰.基于三维GIS的地形可视化研究及实现[J].计算机技术与发展, 2006,(07).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：GIS；金属矿山；地质灾害；信息管理系统
中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)17-31221-02
Application of GIS for Metal Mine Geological Hazards Information Management
ZONG Xue-bao1,CHEN Chun-xiang1,ZHANG Xiao-ai2
(1.Guilin University of Technology,Guilin 541004,China;2.Shandong Youth College for Administrative Cadre,Jinan 250014,China)
Abstract：Taking Dachang as an example, describe the development of Geological Hazard information Management System in VB and subassembly GIS developing environment. Realize the more convenient, rapid and effective management to hazard information. Some problems are solved which exist in the hazard information management patterns generally used in metal mines, such as manual record and archive management. The system is beneficial to find the contacts and rules between geological hazards and other factors, and has great meaning to the prevention, reduction and loss evaluation of the Geological Hazards.
Key words：GIS；metal mine；geological hazard；information management system
1 引言
广西区南丹县的大厂锡矿是广西最大的有色金属产区，也是突发性地质灾害重灾区。以往对灾害信息资料的管理都是采用人工记录，档案管理的模式[1]。随着时间的推移，积累了大量的灾害数据资料，这些资料中含有大量有价值的信息，通过总结分析，可以找到地质灾害与其他环境因素的内在联系，发现灾害发生的规律，对当前矿山地质灾害的防治、预警和受灾损失评估都有很大的帮助。但档案式管理有很多弊端，翻阅和查找都相当费时费力，使得这些资源得不到及时有效的管理和利用，也难以发现其中的规律。地质灾害信息管理系统的开发，充分解决了档案式管理模式中的这些矛盾。
2 系统开发的目标
该系统的主要目标为：以广西大厂锡矿为示范矿山，以VB和组件式ArcGIS9.0为平台，开发大厂锡矿灾害信息管理系统，建立矿区地质资料数据库、图形图像库等，有效融合航天遥感资料、地面地质调查资料、矿山开发资料和地理资料等，达到动态、多维的反应灾害地质体的现状和演变过程，判断灾害地质体发展成灾的趋势。实现快速的灾害信息采集、存储、管理和检索，预测灾害突发成灾的影响范围和对矿山与周围地区的影响程度，进行概略的损失评估，为矿山灾害风险管理提供信息。
3 系统的总体架构设计
系统总体架构如图1所示，主要包括矿山属性数据管理、矿山空间信息管理、地质灾害三维模拟三大模块。
4 数据结构设计
数据是整个信息管理系统的基础，数据结构设计的优劣直接关系到整个信息管理系统的运行性能。地质灾害的数据的物理组成包括空间数据和数据库数据。针对矿山地质灾害数据的特点，确定使用如下几种数据结构：MXD地图文件、SXD三维场景文件、数据库文件、数据表、图层、图元。
文件是本系统管理的最高层对象，以矿点为单位，每个矿点建立一个MXD地图文档、一个SXD三维场景文件和一个Access数据库文件。
图1 系统的总体架构图
数据表是纪录同一类型信息的数据的集合，是组成数据库的基本单位。根据数据性质，本系统对不同类型的信息数据设计了对应的数据表[2]，见图2。
图2 数据表构成图
图层是表现同一类主体的要素集合，是构成地图文档的基本单位。不同类的主体具有不同的属性表，数据操作和管理也有很大的不同。为区分不同类的主体并便于对各类主体的属性进行独立操作，需要对不同主体的数据进行分层管理。系统中设计了如下图层，见图3。
图元是图形信息的最小单位，也是矢量图层的构成单位，由点、线、多边形三种基本类型。根据不同地物各自不同的特点，分别用不同类型的图元来表示。图元的编码在同一个MXD文档中要唯一，不能重复。系统采用图层代号+图元代号+序号八位数字表示图元编码，前两位是图层代号，第三位是图元类型代号，后边几位表示图元序号，根据图元的数量来确定位数，并留出了一定的余地，以便系统将来进一步资料扩充。
图3 信息管理系统系统图层构成
5 系统各功能模块设计及实现
系统包括了三大功能模块，矿山地质灾害属性数据管理模块、矿山空间数据管理模块、模拟预测模块，针对各个模块的数据资料及功能特点，我们采取了不同的数据组织和开发策略。
矿山地质灾害属性数据管理模块主要包括矿山基础数据管理、矿山地质数据管理、矿山开采数据管理、矿山灾害数据管理。对这些属性数据主要采取数据库的形式存放管理。系统外挂了Access 数据库，将整个矿区的灾害属性数据，存放在数据库中，从系统中用ODBC连接数据库，进行相应的查询修改操作。这部分模块开发的主要功能有: 信息输入、数据修改等数据库管理子模块和向导式查询、SQL 查询、浏览式查询等子模块。
矿山空间数据管理模块包括、图像数据管理、空间属性数据查询三大模块。
图形、图像数据管理主要包括对系统中的地形图、地质图、行政区划图、遥感图像和地质影像数据的添加和删除。矿区提供了1∶1万的地形图、1∶1万大厂锡矿区地质图、相应区域的1∶1万DEM高程数据和行政区划图。在入库之前，要对纸质资料进行转化，用扫描仪将纸质图件扫描成能存储在计算机中的栅格影像。为了便于在以后的查询分析中使用方便，还要将这些栅格影像进行矢量化。矢量化采用ArcGIS自带的ArcScan组件来完成，首先对影像进行坐标配准，指定其坐标系统。然后根据不同的数据主体，分层进行矢量化。矢量化完成以后，对各矢量图层的属性表字段进行修改，并对图元进行编号，丰富完善属性数据，最后根据矿点位置分别存放成MXD文件。在VB环境中添加MapControl控件，并导入相应得MXD文档，调用相应的接口进行开发，实现相应的管理和查询功能。
空间属性数据查询主要是实现对系统中的空间数据库和属性数据库以及灾害数据库的数据查询和修改。这部分主要在VB环境下进行组件级二次开发，调用相应的接口，实现空间数据的查询、定位、地图漫游、缩放等功能。利用ArcGIS Engine 中的ToolBar控件可以方便的实现部分查询、漫游等功能。
模拟预测模块这部分主要包括三维地形模拟和尾砂库溃坝地质灾害演进动画模拟，主要实现地质灾害的分析评估功能，将地质与气象数据耦合，根据降雨量的不同，估算汇水量、溃坝淹没面积及经济损失。
图4 三维地形模拟
三维地形的模拟[3]是在ArcGIS中的ArcScene组件中完成的。首先在ArcScene中将矿区的DEM高程栅格数据导入，再将卫星遥感影像导入，将DEM栅格图像图层的属性中”Base Hight”设置为从DEM栅格数据层获得高程，这样栅格图像影像就变成了具有高程的三维地形了，在三维地形的表面再贴上遥感影像的纹理，就获得了比较逼真的三维地形模拟效果。将这个场景保存成SXD文档，在VB环境下利用SceneControl控件加载这个SXD文档，就在系统中获得了三维地形。如图4所示。
矿区尾矿库潜在的溃坝灾害，是对矿区最大的威胁。数十年来的矿山开采，形成了几十座大小不一的尾矿库，库容量最大的是车河灰岭尾矿库，设计总容量为3000多万立方米，库容量在百万立方米以上的尾矿库也不鲜见，这些尾矿库一旦在雨量过多时发生溃坝，危害巨大。这也是矿区重点防护的灾种。所以在系统中利用SceneControl控件开发了溃坝灾害动画演示模块，以帮助对溃坝灾害的分析评估。
6 结束语
本系统的成功开发，实现了矿区地质灾害信息数据的无纸化管理，极大地提高了数据信息录入和信息查询的速度，也方便了在海量信息中寻找地质灾害发生的规律。对溃坝灾害的动态三维演进模拟，为溃坝的危害提供了更直观的展示，也为矿区的地质灾害的预警和防灾提供了科学的有力的决策依据，提高了工作的效率。
参考文献：
[1]杨念哥,李庶林.金属矿山地质灾害信息管理系统的开发[J].中国地质灾害与防治学报,2003,14(1):64-67.
[2]张永波,张礼中.地质灾害信息系统的设计与开发[M].地质出版社,2001.
[3]卞海红,王峰.基于三维GIS的地形可视化研究及实现[J].计算机技术与发展, 2006,(07).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。