岩体裂隙演化与突水决策模型研究

地理信息系统（Geographic Information System），又被称为“地学信息系统”或“资源信息系统”，是在计算机软件、硬件系统支持下特定的十分重要的空间信息系统，该系统构成如图7-1所示。早在20世纪60年代，加拿大地理信息系统（CGIS）就被描述为一项决策支持技术。到20世纪80年代初，地理信息系统（GIS）作为一种新的信息处理技术，具有管理、分析以及自动化处理各种空间数据的独特能力，开始实现商业化。随后其被广泛地应用在资源管理、环境污染和灾害控制等各个领域，产生了许多GIS的决策应用[276-285]。各种地理特征和现象，或者说是空间对象的特征和现象都可以采用地理数据对其量化。对象的空间位置、属性及时域特征都可以通过地理信息来表示。地理信息除了具有一般信息的特性之外，还具有空间分布性、数据量大和信息载体多样性等特点。

图7-1　地理信息系统的构成[282]

选择软件平台时主要考虑到ArcGIS功能基本上能满足采动覆岩突水溃砂决策工作需要，并且在空间和属性数据处理、操作方便和性价比等方面具有一定的优势。通过ArcGISEngine的二次开发可以开发出具有各种功能的程序，并且其适用于多种开发语言。利用CrcGIS Engine所开发的程序能够很方便地运行在Windows和Linux系统平台上。其简便的图形操控界面以及控件，可以快速地构建扩展GIS程序。其中，ArcGIS Engine Runtime和ArcGISEngine soft Developer kit需要提前安装，并配置好。系统的总体构成包括数据存储计算、制图、输出、决策功能。

本系统主要应用于近水体采煤的多准则空间决策，软件正常安装后，用户使用时需要用户名和密码，用户登录后可输入大量数据或系统自动识别数据，然后系统自动读取数据，自动计算可视化输出图像。同时，系统可最大限度地实现易安装、易维护性、易操作性，运行稳定，安全可靠。图7-2为系统界面图。

图7-2　系统界面图

（1）创建准则图层与标准化：首先对控制采动覆岩突水的各个准则进行预处理并量化存储，点击“Cratemaps”，对准则集预存储的位置进行确定，然后读取预处理后的各个准则数据，最后单击“Yes”确定，即可生成需要的决策空间多准则集。接下来，通过“Single criteria”和“Normalized”按钮可以实现对各个准则图层标准化并显示在软件的左侧边栏。(www.xing528.com)

（2）权重计算：点击“Calculation Weight Vector”可以调用系统的“Information entropymodule”，直接导入存储的数据，可进行计算获得各个准则的熵和权向量。

系统权向量的计算主要是基于熵，首先通过计算各个准则数据的熵，并根据6.2.2节基于熵的求解权重的计算方法，通过编程实现权重向量的计算，其代码如下：

（3）叠加分析：点击“Overlay analysis”，可以实现对各个准则图层的空间叠加，根据式（6-41）可知，首先应用系统的WLC模块，对各个准则图层进行加权求和，然后导入“Overlay analysis”模块中，实现决策图层的集结，生成RI图。

（4）图形输出：在RI模块中，根据R（红）、G（绿）、B（蓝）来对决策结果图形输出进行控制，最终获得决策结果分区图。系统的总体构成包括数据存储计算、制图、输出、评价功能。系统权向量的计算主要是基于熵，首先计算各个准则数据的熵，然后通过编程实现权重向量的计算。

通过“Create maps”创建控制采动覆岩突水的各个准则，并通过“Single criteria”和“Normalized”获得各个准则图层。通过“Overlay analysis”与WLC模块对各个准则图层进行加权叠加生成RI图。本系统也可适用于其他可通过空间多准则决策的地质灾害等的决策评价[284-285]。