矿山地面沉降灾害链信息模型与地理信息聚合服务

【摘要】：煤炭资源开采的同时会对地质环境造成影响,容易引发和加剧地面沉降、地表房屋损坏等灾害。由矿山开采引发的各灾害事件并不是孤立存在的,而是呈现出链式结构演化的态势,构成了复杂的链式传递关系,对矿区的安全生产及生态环境会造成严重的危害。基于灾害链的演化机理,在梳理灾害链的演变机制,了解其发生,发展和转换等演变规则的基础上,对其进行特征化、结构化分析,来建立灾害链的信息化描述。由于目前的研究缺乏对灾害链这一演化过程的动态描述机制,无法精确表达灾害链的演变过程。因此,本文旨在通过建立合理的信息描述模型,来完整描述灾害链的演变过程。针对复杂的灾害链演化过程,本文将灾害链与GIS空间信息分析理论相结合,采用自顶向下的层次化建模方法,建立了灾害链的过程分层描述模型,分别从现象层、变化要素层、抽象语义关联层,资源实现层完成灾害链的语义分层描述。通过构建的灾害链过程描述模型,既表达了实体对象之间的空间关系,同时还对他们的时间关联关系进行了描述;并建立其语义约束下的传递过程模型。依据变化要素层及抽象语义关联层中灾害链的5元组描述、灾害事件的8元组描述,进行矿山地面沉降灾害链中地面沉降的传递约束过程分析;提取灾害事件中的初始状态参量、计算响应状态参量,并由此建立与监测数据的耦合关系。通过监测数据信息,实现地面沉降的潜伏、发生、活跃、消亡等阶段划分。在此基础上,建立其演化过程语义与概念模型;对地面沉降灾害链过程管理中所涉及的灾害事件、演化过程对象、演化过程、状态、约束规则等关联构建出合理的映射关系,为矿山地面沉降灾害链的管理提供分析基础。在过程建模分析的基础上,分析矿山地面沉降灾害链管理与地理信息服务链过程聚合,并基于业务流程执行语言对服务链过程聚合作形式化表达;在转换规则约束下,将业务流程执行语言描述的服务链过程聚合映射为随机Petri网表达形式。通过随机Petri网模型的状态可达性对业务流程执行语言描述的服务链过程聚合进行正确性验证;同时根据同构的马尔科夫链模型,借助其数学分析计算功能,从服务的响应时间、可靠性等方面进行性能分析,表明服务链过程聚合满足矿山地面沉降过程管理中快速响应等要求。从数据层、服务层、应用层建立矿山地面沉降服务链过程聚合的技术实现总体框架,在开源地理信息服务软件GeoServer、Openlayers等技术支持下,实现具有互操作、可重用,可扩展的共享管理原型系统。在具体的实现过程中,传递页面信息时,采用Ajax技术解决异步数据交互处理期间存在的页面响应延迟问题,促进服务链聚合在地理信息网络服务中用户的交互,提高应用性能、加快访问速度,并在原型系统实现中验证了本方法的可行性和有效性。