基于WEB-GIS的大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西大同 037000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用推進(jìn)了人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(qiáng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)督管理迫在眉睫[1]。目前，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)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(qiáng)政府在制定規(guī)劃、決策方面的支持力度，加強(qiáng)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(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，直觀獲取礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)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(duì)大同經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)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(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素，影響著人民生命財(cái)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(diǎn)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(jì)損失12 341.46 萬元，威脅財(cái)產(chǎn)9 217.21萬元，威脅人數(shù)1 059人；大同市采礦共計(jì)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(jì)投入5 843 萬元實(shí)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(diǎn)，受益人口5 723 人；累計(jì)投入6 178 萬元實(shí)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(jì)投入425 064 萬元實(shí)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(jì)對(duì)采煤沉陷區(qū)79 個(gè)村莊進(jìn)行搬遷避讓，受益45 067人，搬遷費(fèi)用預(yù)計(jì)232 931萬元。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jì)，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(jì)

系統(tǒng)劃分為兩個(gè)子系統(tǒng)、8 個(gè)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(gè)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(shí)間、標(biāo)簽等條件進(jìn)行篩選，便于掌握系統(tǒng)各項(xiàng)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(jìn)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(jī)傾斜攝影得到的實(shí)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(jìn)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(shí)間軸、遙感解譯、地質(zhì)災(zāi)害和二三維一體化共4 個(gè)模塊。時(shí)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(duì)比查看興趣時(shí)間點(diǎn)地塊的變化情況，模塊界面，見圖3；遙感解譯可以實(shí)時(shí)瀏覽某個(gè)時(shí)間點(diǎn)大同市地質(zhì)環(huán)境破壞、治理面積的統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境破壞面積；地質(zhì)災(zāi)害是針對(duì)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(diǎn)的位置、點(diǎn)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(shí)時(shí)分析災(zāi)害點(diǎn)對(duì)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(shí)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(jī)理及運(yùn)動(dòng)破壞方式，進(jìn)而確定防治措施。

圖3 時(shí)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(shí)間軸

時(shí)間軸功能采用HTML+CSS+ArcGIS API for JavaScript實(shí)現(xiàn)[9]，原理是為不同年份的遙感影像數(shù)據(jù)賦予時(shí)間屬性。時(shí)間軸實(shí)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(shí)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(dòng)[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(dòng)態(tài)對(duì)三維地質(zhì)體進(jìn)行剖切，直觀了解地質(zhì)體內(nèi)部各地層的情況，實(shí)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(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的缺點(diǎn)，使監(jiān)測更加實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測模塊，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的展示和匯總；二是須增加自動(dòng)監(jiān)測算法，真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)對(duì)大同市礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測。