新疆煤田火災監測監控系統的設計

黨立波+賈新勇

摘要：本文闡述了新疆煤田火災治理的現狀，論述了建立新疆煤田火區監測監控系統的必要性。根據煤田火災的治理實際，設計并詳細敘述了新疆煤田火災監測監控系統和功能。在此基礎上敘述了平臺建立需要數據、數據種類，并對幾類數據進行了屬性字段的設計。同時介紹了借助GIS技術和開發平臺實現各個功能。

關鍵詞：煤田火災；監測監控；GIS

Design of Xinjiang coalfield fire monitoring system

Dang LiboJia XinYong

xinjiang coalfield fire fighting bureauxinjiang urumqi830063

Abstract：This paper expounds the current situation of coal field fire control in xinjiang， and discusses the necessity of establishing the monitoring system of coal fire area in xinjiang. According to the actual control of coal fire， monitoring system of xinjiang coal field is designed， and each function is described in detail. On this basis， the data and data types of the platform are described， and the design of attribute fields for several kinds of data is carried out. It also introduces functions based on GIS technology and development platform.

Keywords：coalfield fire；monitoring；gis

前言

新疆的煤炭資源十分豐富，預測資源量2.19萬億噸，占全國煤炭資源量的34.46%，新疆煤種齊全，開采條件好，賦存穩定，埋藏淺，是國家重要的煤炭開發與儲備基地[1]。但與此同時，新疆的煤田火災也極為嚴重，根據最新煤田火區普查結果顯示，新疆現有在燃煤田火區46處[2]。煤炭自燃造成大量的資源損失，大規模的溫室氣體排放，嚴重污染大氣環境，威脅煤炭安全開采，破壞了本就脆弱的新疆生態環境。但近年來煤礦整頓關閉政策的實施，一些非法和布局不合理煤礦關停后處理措施不當而導致了一部分新火區的產生，同時原有部分火區有擴大蔓延的趨勢。

新疆煤田火區監測監控工作一直進行，傳統監測工作是地面實地測量，一方面監測費時費力成本高，另一方面火區監測具有滯后性。

國外煤火遙感識別監測早于國內，20世紀六十年代到2005年，國外學者利用航空遙感和航天遙感數據分別在美國、德國、印度作了大量的研究，并驗證了應用遙感數據識別和監測的煤火的可行性，形成了針對不同數據源的識別和反演流程和算法。如：Mishra等利用Landsat-7ETM+數據對印度Jharia煤田火區進行監測[3]，根據普朗克輻射公式進行地表溫度反演，然后利用熱成像儀對反演溫度進行驗證，證明利用ETM+數據可以很好地監測煤田火區范圍。我國學者利用遙感數據在內蒙古和新疆做了研究，借助遙感數據識別出新生火區，并進行地面的實地驗證，如：蔣衛國、武建軍等利用不同季節夜間ASTER熱紅外波段數據進行地下煤火監測，提出了利用ASTER進行煤火監測最佳季節和時間點是冬季和晚上[4]。遙感用于煤火研究已經相對較成熟，針對不同數據源形成了特定的識別和反演流程和算法，但是由于熱紅外數據空間分辨率較低，反演的精度還是不太理想，隨著傳感器性能和空間分辨率提高將促進煤火的識別精度提高。本文主要研究基于航空、航天、無人機、溫度氣體傳感器的煤田火區監測監控系統設計，包括系統各類數據庫的設計、系統應用功能模塊、系統功能框架。

1.系統功能框架

利用航天航空影像數據、地面傳感器數據，借助3S技術、計算機技術等實現煤田火區遙感監測、煤田火區現場實時監測、煤田滅火會商決策支持、煤田火區信息綜合服務。

1.1煤田火區遙感監測

應用多源衛星遙感技術實現煤田火區宏觀監測，利用最新國產高分衛星數據定期對比火區地表變化，了解火區發展狀況。

1.2煤田火區現場實時監測

應用無線溫度、氣體傳感器，視頻監控等現場實時監測手段為掌握火區現狀提供直接資料，為火區預警提供準確數據源。

1.3煤田滅火會商決策支持

利用三維技術綜合展示全疆煤田火區信息，綜合數據和現時性數據，使各種信息源在統一平臺上管理和顯示，通過預警機制分析，達到第一時間發現火情并進行處理，利用地理信息技術及計算機技術形成煤田火災的應急管理機制，建立煤田火災監測—會商決策—火源確定—治理方案的信息化流程，為領導提供決策支持。

1.4火區信息綜合服務

建立全疆煤田火區信息化服務平臺，為煤田火區會商決策系統提供數據支持，為新疆煤田火區規劃、勘查、設計等提供各類信息與數據服務。基于GIS技術實現海量影像及其他空間數據的管理和檢索，利用遙感影像對比顯示火區動態變化；以數據庫的方式管理火區信息及實時無線監測等各類其他數據；利用疊加分析等實現火區變化數據提取及空間分析應用等[5]。

1.5火區現狀報告

結合全疆每年各個火區的監測情況，及時發布新疆煤田火災的監測報告。報告主要包括全疆煤田火區的現狀、火區動態發展情況，火區風險等級劃分等。報告將為相關決策部門提供煤田火區最新數據，為新疆煤田火災的治理提供決策幫助，指導煤田火區的治理。

2.系統各類數據來源、數據庫種類和數據庫設計

新疆煤田火災監測監控系統數據主要包括：傳感器數據、火區基礎地理數據、火區定期衛星影像、火區無人機影像、火區實測屬性數據等。

系統數據庫種類：依據數據特性把數據分為五類存儲，分別為屬性數據庫、圖形數據庫、柵格數據庫、元數據庫和其它數據庫數據庫設計：包括屬性數據庫和空間數據庫。屬性數據庫包括火區基本信息、煤層信息、氣體監測信息、溫度監測信息等。

空間數據庫包括新疆維吾爾自治區1：25萬地形圖、火區分布區域1：5萬地形圖、1：5000火區航拍影像圖等其它數據。

3.系統開發

采用ArcGIS組件式GIS軟件ArcEngine作為系統的二維開發平臺，借助C#語言和visualstudio開發環境，實現地圖添加、編輯、放大、縮小等基本gis系統功能[6]，實現將野外溫度、氣體傳感器監測點疊加在火區基礎地理數據上，實時監測的屬性數據借助移動SIM卡上傳到Internet，然后存儲在數據庫中。火區位置、火區基礎地理數據、火區相關的土源、水源、道路、水泵房等shp文件設定統一的坐標系，借助系統數據加載功能顯示。火區多期可見光影像和熱紅外影像通過地理坐標存儲在ArcSDE數據庫中[7]。

采用skyline三維場景展示分析組件TerraExplorer實現三維數據添加和展示，將定期衛星影像和無人機影像疊加進來，并進行對比分析，發布火區動態發展報告。實現將火區控制體、火區水管線、火區道路、火區工區、火區煤層、火區鉆孔等建立三維模型，并疊加展示在火區基礎地理三維要素上。

4.結束語

基于gis新疆煤田火區監測系統的設計，是作者在煤田滅火一線工作長期的積累和總結，系統根據煤田火災治理的需要，從煤田火區監測監控系統的總體功能設計，數據來源、數據庫種類、數據庫設計和采用開發平臺實現的功能進行了簡要敘述。煤田火災監測監控系統的建立將提高新疆煤田火災信息化水平，同時建立新疆煤田火災早發現早治理的局面，為加快治理新疆煤田火災奠定了技術基礎。

參考文獻：

[1]新疆維吾爾自治區第四次煤田火區普查報告[M].新疆煤田滅火工程局.

[2]新疆維吾爾自治區煤田火區（2016-2025）治理規劃[M].新疆煤田滅火工程局.

[3]Mishra. R K， Roy. P N S， Pandey. J， et al. Study of coal fire dynamics of Jharia coalfield using satellite data[J]. International Journal of Geomatics & Geosciences， 2014， volume 4，：477-484.

[4]蔣衛國，武建軍，顧磊，等.基于夜間熱紅外光譜的地下煤火監測方法研究[J].光譜學與光譜分析， 2011， 31（2）：357-361.

[5]孟健，孫映宏，王衛平，等.基于RS和GIS的杭州市旱情監測系統設計[J].現代測繪， 2016， 39（6）：25-28.

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[11]舒曉龍.深基坑監測技術的應用與探討——以杭州奧體博覽城主體育場基坑監測項目為例[J].西部資源， 2017（03）.