矿区资源环境信息系统的基本功能

　矿区资源环境信息系统的建立~

广义地理解矿区资源与环境信息系统这个词，可以把它看做一个人工制造的系统，也就是由数据、计算机软硬件、工作流程及技术人员四个要素所组成。其规模宏大，结构复杂，要想建立一个有效的系统，必须运用系统工程的概念，把MREIS当作一项工程来建设。
（1）MREIS的空间数据流程
一个实用的MREIS工程项目，内部必然存在着各种物质和信息的交换关系，这些交换可用空间数据流程来表示（图6-5）。

图6-5　MREIS空间数据流程

该数据流程包括如下几个部分：①数据规范与信息源的选择；②数据的获取与标准化预处理；③数据输入与数据库建库；④数据管理；⑤数据的处理、分析和应用；⑥成果的输出与提供信息服务。
（2）MREIS工程建设的工作流程
建立一个实用MREIS的基本程序可用如下的工作流程图表示（图6-6）。

图6-6　MREIS建设的工作流程

该工作流程可分成四个部分：①前期准备：包括立项、调研、可行性分析、用户需求分析；②系统设计：包括系统总体设计、数据标准化设计、系统详细设计、数据库结构设计；③施工阶段：应用模型和软件开发，建立数据库，系统组装、试运行和系统诊断与分析评价；④运行阶段：系统交付使用和系统更新。
（3）MREIS的开发策略
MREIS的建立与开发是一项复杂、艰巨的工程，它涉及到人力、财力和物力的大量投入。因此，必须制定合理、有效的开发策略和计划，有步骤地进行系统的开发和建设工作，避免走弯路、不必要的返工或失误。
MREIS的开发策略可以概括为：积木式开发、分区建设、分期投资、分步实施、滚动发展、急用先行、办公自动化与MREIS相结合，多方合作、培训与开发相结合。
系统的各个子系统都是以相应的空间数据库为支撑，来完成系统的各项应用功能。一般来说，应用子系统的开发应在相应的数据库建成后才能进行，但由于数据库建库是一个长期、工作量浩大的工程，若在数据库完全建成后再启动应用子系统的开发工作，则会延长系统工程建设周期，使得系统的功能、作用难以尽快得到应用与发挥。但同时全方位铺开所有子系统的建设和开发又会造成人、财、物力的紧张。目前，地理信息系统的开发有同步开发、超前开发、滞后开发和复合开发四种模式。对于功能复杂的MREIS来说，复合开发模式更能发挥系统的效益。所谓复合开发是指部分应用子系统的开发与一些基础数据库的建库同步完成，而其他应用子系统可先于或后于其数据库的建库。如可先建立矿山测绘地质信息管理子系统及其数据库；其他子系统在此之后逐步建设。

我们正处在信息社会。信息时代的特征是实现信息或数据在社会中的迅速通讯和广泛共享。为了使MREIS中存储的数据或信息不仅服务于建立该系统的矿山企业本身，也服务于其他企业、机构和上级管理部门，其关键之一是数据的标准化和规范化。制定空间数据标准（包括质量标准）是实现数据共享的前提，也是一个系统内保持数据的连贯性、持续有效性的需要。
矿区资源环境数据的标准化和规范化体系应首先遵循全国统一的规范和标准。在此基础上制定统一的数据采集原则、统一的空间定位框架、统一的数据分类标准和编码系统、统一的数据记录格式及统一的数据测试标准。为此，首先应采用国家统一坐标系，而不宜继续使用矿区独立坐标系。另一个重要内容是数据分类和编码系统。目前，我国正在进行地理信息及其属性的编码规范和标准的研究制定，已取得不少成果，如颁布了《国土基础信息数据分类与代码（GB/T 13923-92）》，以及一些行业标准和规范。
MREIS的数据分类、编码体系，应在全国统一标准、规范的基础上制定，遵循分类和编码的惟一性、系统性、适用性、可扩充性、简单性、规范化和完整性的原则，既要与全国统一标准接轨，又要与兄弟行业的标准协调，立足现在，面向未来。考虑到矿区资源和环境信息数据内容十分广泛、类型复杂，一般需要6～7级分类才能实用。根据煤炭资源开发的具体情况，我们拟定了MREIS中数据的高三级分类及编码体系（表6-1），更详细（4～7级）的分类由各子系统的研究开发人员制定。这样，就构成了各子系统间相对独立，又相互联系的完整的数据分类体系。

表6-1　矿区资源环境信息系统的数据高位分类体系（以煤炭资源开发为主）


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（1）矿区资源环境信息系统的主要目的和任务

矿区资源环境信息系统是多学科集成的空间型信息系统，其主要目的和任务包括：

①实现资源、生产和经营的科学管理，提供信息服务。在建立MREIS的过程中，首先对矿区已有的资源、环境、生产和经营信息进行系统整理，统一科学分类，使分散的资料系统化，变独享资源为共享资料，使杂乱的数据标准化，单要素资料变成综合资料，以便实现资源环境信息的现代化管理，提高数据资料的使用效率。

②实现资源和环境信息的综合分析研究。利用存储于空间数据库中各种形式、时态的资源环境数据，可迅速、准确地进行综合分析，并产生所需的其他数据。

③进行资源和环境的综合评价。资源和环境的评价是科学合理地开发和利用资源的基础。基于MREIS可全面、系统地了解矿区资源和环境的现状、优劣、组合特征以及存在的问题，提供资源与环境的数量、质量、分布以及特征和开发利用条件，为合理优化开发资源、保护环境提供了有力的科技手段。

④为资源开发规划和环境保护提供决策方案。矿区的资源和环境是一个复杂的开放的大系统。各要素具有空间分布、属性及时间序列的特征。要素之间相互作用，相互制约，存在着十分复杂的物质流、能量流和人口流之间的转换，在资源开发利用、环境保护治理过程中必须综合考虑各要素之间的关系。MREIS便于引入系统科学的基本理论和方法，在多要素空间数据库的支持下，通过信息流来调控物质流、能量流和人口流，为资源开发、规划，环境保护和整治的多目标方案优化，以及管理部门提供辅助决策服务。

（2）典型MREIS应具备的基本功能

MREIS在各方面的应用目标是通过系统中的多要素空间数据库、各种数学模型及相应应用软件来实现的。一个典型MREIS应具备的基本功能可以概括如下：

①数据输入、编辑和存储。对多种形式（影像、图形和数字）、多种来源的信息，可以采用多种方式（如自动或人工）来实现数据的输入，在进行编辑后，存储于计算机中形成空间数据库（如图6-2所示）。

图6-2　GIS数据采集与输入

数据输入是把外部的原始数据传输到系统内部，并以系统便于处理的数字形式和内部格式进行存储。它实际上包括了数字化（信息通过数字化仪，进行模数转换，形成数据文件）、规范化（对多种来源的数据进行比例尺、坐标系统、精度的统一，并形成统一的记录格式）和数据编码（根据一定的数据结构和目标属性特征，将数据转换为计算机便于识别和处理的代码）三个方面的内容。

数据输入方式与使用设备密切相关。通常采用三种方式：一是键盘输入，主要输入有关图像、图形的属性数据和文本文件；二是手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化，由人工选点或跟踪线段进行图形输入，是目前最常用的图形数据采集方式；三是扫描数字化仪的图形扫描输入方式，但所获得的网格数据须进行特殊的处理才能获得矢量方式图形数据，具体的处理方式在6.4节中阐述。

数据编辑是用户根据实际情况，对已输入的图形和属性数据进行检查和修改，实现数据的增删、更新。

数据存储，是将数据以某种特定格式记录在计算机内部或外部存储介质（磁盘、磁带）上。其存储方式与数据文件的组织密切相关，关键在于建立记录的逻辑顺序，即确定存储的地址，以便提高数据存取、检索的速度。

②操作运算。为了满足各种可能的查询条件而进行的系统内部数据操作，如数据格式转换，多边形叠合、图形拼接、裁剪等操作以及按一定模式关系进行的各种数据运算，包括算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。

③数据查询、检索。其功能是从已建立的数据文件、数据库或存储设备中，查找和选取所需数据。

④应用分析。应用地理信息系统可分析一定区域内的各种现象和过程。利用一定的应用分析模型可提高分析评价、管理与决策的能力。这些功能可在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现。如空间信息量测与统计、多要素综合分析、趋势预测等。

一个地理信息系统是否具有各种应用模型，是评判其优劣的重要标志之一，也在很大程度上决定了系统的实用性、灵活性和经济效益水平。

⑤数据显示、结果输出。数据显示即为中间处理过程和最终结果的屏幕显示。包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示。一般情况下，以人机对话方式来选择显示的对象与形式。如数据显示、统计图形显示、空间数据的图形图像显示等。

结果输出有专题地图、图表、数据、表格、报告等。这些最终分析结果通过显示器、绘图机、打印机输出或存储于计算机磁带或磁盘中。

⑥数据更新。数据更新即以新的数据项或记录替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录。它是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。数据更新是地理信息系统建立地理数据的时间序列，满足动态分析的前提。在矿区资源环境信息系统中，数据更新的关键是建立直接测量数据（如全站仪、GPS）、遥感数据与MREIS的接口，提高不同数据结构数据转换的精度和效率。

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