基于WEB-GIS的大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)

袁 媛

（1.山西省煤炭地質(zhì)115勘查院，山西大同 037000；2.大同市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與治理重點實驗室，山西大同 037000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用推進了人類社會和經(jīng)濟的發(fā)展，也帶來了生態(tài)環(huán)境破壞、毀田、次生地質(zhì)災(zāi)害等問題，加強對礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)督管理迫在眉睫[1]。目前，對礦山地質(zhì)環(huán)境的保護和治理多以紙質(zhì)為主，傳統(tǒng)的資料管理手段和人工作業(yè)方式，在現(xiàn)勢性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性和效率性方面制約了礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)督管理工作[2-3]。為了高效利用礦山地質(zhì)環(huán)境第一手資料，增強政府在制定規(guī)劃、決策方面的支持力度，加強和提升地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理水平和能力，基于ArcGIS Enterprise 開發(fā)大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，直觀獲取礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)數(shù)據(jù)，為地質(zhì)環(huán)境防治與監(jiān)管提供高效決策和管理。

1 大同市礦山地質(zhì)環(huán)境概況

大同地處山西省北部大同盆地中心，是中國最大的煤炭能源基地之一。大同地質(zhì)條件復(fù)雜[4]，礦產(chǎn)資源豐富，開采歷史悠久，礦產(chǎn)資源開發(fā)對大同經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用，但資源開發(fā)所造成的礦山地質(zhì)環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素，影響著人民生命財產(chǎn)安全和正常生活秩序。

大同市礦山地質(zhì)環(huán)境問題，可歸結(jié)為地質(zhì)災(zāi)害、含水層破壞和地形地貌景觀與土地資源占用破壞[5]。截止2016 年底，大同市共確認(rèn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點707處，其中，崩塌102 處，滑坡3 處，泥石流8 處，地面塌陷及地裂縫594 處，直接經(jīng)濟損失12 341.46 萬元，威脅財產(chǎn)9 217.21萬元，威脅人數(shù)1 059人；大同市采礦共計造成地下水位下降面積88 348.40 hm2；大同市礦業(yè)開發(fā)占用破壞土地14 464.07 hm2。大同市政府累計投入5 843 萬元實施了地質(zhì)災(zāi)害治理工程，消除了8 處地質(zhì)災(zāi)害隱患點，受益人口5 723 人；累計投入6 178 萬元實施了農(nóng)村地質(zhì)災(zāi)害搬遷避讓工程，使1 505 人擺脫了崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害威脅；累計投入425 064 萬元實施了采煤沉陷區(qū)村莊搬遷避讓工程，使56 180 人擺脫了地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害威脅。到2020 年，大同市政府預(yù)計對采煤沉陷區(qū)79 個村莊進行搬遷避讓，受益45 067人，搬遷費用預(yù)計232 931萬元。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)基于ArcGIS Enterprise 開發(fā)，采用B/S（客戶端/服務(wù)器）模式設(shè)計，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、界面層3層架構(gòu)體系[6]，見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 功能設(shè)計

系統(tǒng)劃分為兩個子系統(tǒng)、8 個模塊，功能模塊，見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

2.3 系統(tǒng)介紹

GIS 基礎(chǔ)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)組織、基礎(chǔ)地圖、三維場景和快速出圖4個模塊。數(shù)據(jù)組織中，可以查看系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，包括歷年大同市遙感影像、歷年遙感解譯成果和變化量等，并根據(jù)上傳時間、標(biāo)簽等條件進行篩選，便于掌握系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的總體情況；基礎(chǔ)地圖用來瀏覽二維影像[7]，還可以選擇添加數(shù)據(jù)，將矢量圖層添加至地圖以及進行矢量和柵格數(shù)據(jù)分析；三維場景用來瀏覽三維世界，包括用基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)疊加DEM 數(shù)據(jù)構(gòu)建的大同市三維基礎(chǔ)底圖，還有無人機傾斜攝影得到的實景三維模型，最重要的是瀏覽地下三維地質(zhì)模型；快速出圖模塊可以將在線制作的地圖，選擇尺寸搭配圖例，直接進行打印出圖，便于日常工作的使用。

礦山地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)包括時間軸、遙感解譯、地質(zhì)災(zāi)害和二三維一體化共4 個模塊。時間軸不僅可以根據(jù)年份直觀瀏覽大同市礦山地質(zhì)環(huán)境的變化，使用卷簾工具還可對比查看興趣時間點地塊的變化情況，模塊界面，見圖3；遙感解譯可以實時瀏覽某個時間點大同市地質(zhì)環(huán)境破壞、治理面積的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還可以通過選擇行政界線、勾畫興趣區(qū)域等過濾方式實時統(tǒng)計范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境破壞面積；地質(zhì)災(zāi)害是針對大同市2017年礦山地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查成果的專題模塊，包括地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害點的位置、點名、長、寬、角度和現(xiàn)場照片，其中開發(fā)緩沖區(qū)分析功能，實時分析災(zāi)害點對周圍環(huán)境的影像；采空區(qū)是研究礦山地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)，故開發(fā)二、三維一體化模塊（見圖4），利用井下三維模型[8]可以直觀表達(dá)采空區(qū)的埋深及時空分布情況，綜合地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以更加精確掌握地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育機理及運動破壞方式，進而確定防治措施。

圖3 時間軸界面

圖4 二、三維一體化界面

3 關(guān)鍵性技術(shù)

3.1 時間軸

時間軸功能采用HTML+CSS+ArcGIS API for JavaScript實現(xiàn)[9]，原理是為不同年份的遙感影像數(shù)據(jù)賦予時間屬性。時間軸實現(xiàn)的核心代碼為：

3.2 二、三維一體化

二、三維一體化功能采用HTML+CSS+ArcGIS API for JavaScript 實現(xiàn)，關(guān)鍵在于將采空區(qū)的三維地質(zhì)體模型與二維地質(zhì)災(zāi)害分布平面圖聯(lián)動[10]，還可根據(jù)劃定的平行或垂直于三維地質(zhì)體模型的平面范圍動態(tài)對三維地質(zhì)體進行剖切，直觀了解地質(zhì)體內(nèi)部各地層的情況，實現(xiàn)核心代碼為：

4 結(jié)語

（1）基于WebGIS 開發(fā)了大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，彌補了傳統(tǒng)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的缺點，使監(jiān)測更加實時和直觀，大大節(jié)省了人力、物力，提高了效率。

（2）系統(tǒng)存在不足：一是缺少實時監(jiān)測模塊，不能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的展示和匯總；二是須增加自動監(jiān)測算法，真正實現(xiàn)全自動對大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)遙感監(jiān)測。