WebGIS在矿山地质环境监测预测中的应用探讨_季冠忠.pdf

dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术106|WebGIS在矿山地质环境监测预测中的应用探讨季冠忠，季孟奇，王爱华，孟凡耀，白思楚山东省地质矿产勘查开发局八一水文地质工程地质大队（山东省地矿工程勘察院），山东济南，250014摘要：开发、利用矿产资源为人类社会的快速发展提供了强劲助力，但同时也带来了系列问题，如次生地质灾害、毁田、破坏生态环境等，尤其是矿山资源开发，问题更为突出。因此，需做好矿山地质环境的实时监测与预测工作，将灾害消除在萌芽状态，将损失降至最低。本文以WebGIS为基础，围绕矿山地质环境监测、预测工作的基本原则，把矿山地质环境监测与预警系统划分成若干模块，加强各模块之间的配合与融合，最终构建了一套先进且实用的WebGIS管理系统，为更好地对矿山地质环境进行准确、实时性监测与预测提供可靠保障。关键词：矿山地质环境；WebGIS；环境监测；环境预测中图分类号:X84文献标志码:ADOI:10.19772/ki.2096-4455.2023.1.025 0引言近年来，矿产资源开发利用已经成为一种常态，不仅能为国民经济发展提供切实支撑，而且还有助于人民生活质量的提高，但伴随矿产资源开发力度的不断加大，规模持续扩充，也带来许多环境方面的问题，比如时常出现各种矿山地质灾害、矿山周围环境遭受严重破坏等。原国土资源部颁布的关于加强矿山地质环境恢复和综合治理中明确强调，应充分利用各种先进技术（如卫星遥感等），强化监测、预警工作，切实推动监测预警相关基础设施方面的建设力度，构建、健全实用且先进的地质环境动态监测体系（四级联动：国家、省、市、县），以便能够对各类矿山地质环境问题的发展情况进行实时性掌握与监控。现阶段，在保护、治理矿山地质环境方面，多为纸质文件，常规的人工作业方式及资料管理手段无论是在效率上，还是在科学性、准确性上，均存在一定不足，故对矿山地质环境监督监测工作的全面、高效开展造成了较大程度的限制1。为了促进地质环境监测预测质量、能力的双重提高，为政府制定详细规划及决策提供有力支撑，本文以WebGIS为基础，设计矿山地质环境监测与预警系统。1WebGIS概述GIS是地理信息系统的简称，是一种基于计算机而开发的新技术类别，同时还是多学科交融形成的一门边缘学科。GIS系统作为一种计算机系统，能够围绕地理信息，开展各项操作，如获取、储存、查询、分析等，是一种通用型地理信息技术，可以对庞大地理数据开展全面、详细且深入的处理分析。需要强调的是，在实际应用此技术时，首先可以根据实际情况及需要，进行地理信息模型的构建，然后选择与之相适用、相配套的空间查询与分析方法，以此来管理各类数据。另外，还能通过对衍生软件的利用，来加工地理信息，为更好地分析空间辅助决策提供切实支撑2。WebGIS为在GIS开发中应用互联网技术而形成的产物，基于Interner而构建，所采用的体系架构为浏览器/服务器架构。需要强调的是，WebGIS较好地对常规GIS运行模式进行了改变，使用户能够利用廉价且简便的互联网，对WebGIS站点当中的各种空间数据进行浏览，并且还能根据实际需要制作专题图，开展空间检索与分析等。WebGIS模型在业内又被称作B/S模型，实际就是在整个C/S系统（所采用的是二层作者简介：季冠忠，男，汉族，山东临沂，中级工程师，本科，研究方向：水文地质工程。电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|107软件和信息技术服务结构：一层为客户端，第二层则为应用服务器）架构当中，通过将另外一层（多数据库服务器）融入其中，便能够使原本的二层结构模型转变成为三层结构模型。与常规GIS系统相比较，此模型具有许多优点，除了有访问简便快捷、可扩展的优点之外，还有成本低、跨平台及信息共享等优势。另外，WebGIS还拥有诸多实现模型，如客户端模型、服务器端模型、混合模型等，这些模型的最大区别是数据及处理数据的GIS应用程序所在位置上存在差异。需要指出的是，WebGIS在采用三层C/S结构开发应用系统方面，有着显著优势，整个系统能够被划分成各逻辑块，有着十分分明的层次，对软件重用有利，有助于开发效率的提高，可以将传统的“肥”客户机向“瘦”客户机进行转变，把开发、管理方面的工作转移至服务器方，故能够为数据分布处理工作提供便利，便于管理、维护工作的开展。在技术方法上，WebGIS存在许多类型，如Java编程法、XML（可扩展标识语言）、服务器应用程序接口法（ServerAPI）及通用网关接口法等3。2地质环境监测、预测的基本原则2.1群防群治原则对于发生于矿山地区的地质灾害而言，其发生通常情况下具有不可预测性，并且诱发地质灾害问题的因素也较为多样且复杂，因此，对于矿山地质工作者而言，难以做到面面皆控，故需要将人民群众的力量充分调动起来，开展群防群治，让广大人民群众参与其中，及时捕捉地质灾害活动的各种前兆表现或信息，以便能够早期发现险情，即刻预警，且及时展开高质量的自救，以此将可能造成的经济损失降至最低，并最大程度减少人员伤亡。需强调的是，群防群治技术是一种较新型且实用性强的地质灾害防治手段，不仅具有我国特色，而且现已在多地区得到广泛应用，尤其是在防灾领域中，有着良好的有效性、可操作性，已经成为我国很多地方常用的地质灾害预防预报方法。2.2信息公开原则需要说明的是，尽管群防群治技术（矿山地质灾害）的作用较理想，但在现实应用过程中，因一些群众或工人较难准确且全面识别矿山地质灾害的前兆及活动信息，对其所具有的重要性缺乏足够了解，信息公开程度不足，因而造成防治矿山地质灾害的最理想阶段被错过。这便要求矿山将信息的公开程度适当地给予提高，并在日常工作当中，强化对矿山地质灾害的危害性、防治策略等内容的宣传。WebGIS以互联网技术为根基，具有多重优点，如成本低、时效性强及访问简便快速等，可以弥补常规群防群治技术所存在的不足。另外，由于WebGIS系统有着比较强的可扩展性，包含多种信息，因而能够较好地对矿山地质环境在线监测、预防方面的各项要求给予满足4。2.3多方法、多手段原则在防治矿山地质灾害工作当中，应用了许多先进的技术，并且这些技术在其中发挥着举足轻重的作用，比如光谱分析技术、无线传感器、GPS技术等。这些非常规监测手段具有诸多特点，不仅有非接触性特点，而且还有无人化、自动化特点，应用价值与效能突出。因此，在所构建的矿山地质环境监测与预警系统中，除了有WebGIS这一系统核心外，还采用了许多上述手段，故能够更好地促进监测、预防准确性与效率的双重提高。3WebGIS系统及模块分析3.1系统概述系统的应用平台是WebGISServer，采用三层结构模型，其一是多数据库服务器，其二是应用服务器，其三是客户端，采用的结构为B/S结构，将MicrosoftIIS当作Web服务器，后台数据库平台采用SQLServer2005，而在选择空间数据库引擎方面，所选的是应用比较普遍的ArcSDE，dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术108|另外，在相对应的开发环境上，即为较传统的VisualStudio2008。还需指出的是，不同层间的传输语言为GML语言，通过上述技术的合理化应用，来设计、开发此系统5。矿山地质环境监测、预警系统主要由4个模块构成，其一是预警模块，其二是评估模块，其三则为监测模块，其四是基础信息模块，其中，监测模块、基础信息模块是整个WebGIS系统当中的数据层，预警、评估这两个模块分别是整个系统当中的客户层与应用层。另外，各模块存在紧密联系，具有相辅相成的关联性，因此，可以根据实际情况及需要构建一套高实用性且性能优异的WebGIS管理系统。3.2WebGIS系统的模块3.2.1基础信息模块此模块囊括矿山的地质条件信息、地下开采现状、水文地质资料及基础地形信息等。这些基础数据是分析矿山地质灾害的重要保障，涉及多专业知识，如采矿、水文、测量及地质等，专业不同，在整理、保存信息的手段上也会存在差异，针对此情况，便需基于WebGIS系统当中的数据库，围绕数据多样化，提出相关要求。需特别强调的是，一个实用、高效且健全的WebGIS监测与预测系统，需囊括各种数据资料，尤其是那些能够诱发矿山地质灾害的资料数据。因此，在设计系统时，把ArcSDE当作其空间数据库引擎，而对于SQLServer2005而言，则作为后台数据库平台，如此一来，便能够围绕各种数据，进行有目的性、针对性、计划性的整合与分类，最终便能够得到所需要的大数据，这是建立WebGIS系统数据库的核心所在6。3.2.2信息监测模块此模块将位于基础信息模块当中的各种类型的数据作为主要监测对象，且在原先基础上，强化监测人员活动情况。既往研究工作通常将监测各种信息当作侧重点，但是不能监测人员的具体活动情况，究其原因，主要因为人在整个监测与预测系统当中，属于被保护的对象，并且个人的活动通常有较强的变化性、随意性，故本系统的信息监测模块除了要求监测WebGIS的核心数据之外，还要求利用各种方法或手段来监测人员活动情况。还需强调的是，矿山地质环境监测的方式方法不仅要监测矿井空气质量，而且还要监测岩石节理裂隙情况等。而在具体的数据传播方式上，并非单纯借助实物数据线，而且还需要与各种相关实用技术相结合，比如4G、无线网等。此外，还需强调的是，监测模块需根据实际需要，尽可能多地进行各类接口的设置，为监测信息的实时且自动化更新提供切实性便利，最大程度提高监测结果的准确性、时效性。3.2.3评估模块评估模块在整个WebGIS系统中，实属应用层范畴，并且是此系统的运作大脑。在围绕矿山地质环境进行评估操作时，所采用的方法大多依据矿山的各种情况来实施现状评估，比如矿山的开发利用情况、水工环地质条件以及地形地质条件等，另外，还需要预测评估矿山开发利用情况、人类活动情况等，最终实施全面的评估分析。在具体应用时，如果是低级别项目，在对其进行评估时，所用方法大多为定性、半定量方法，容易受到人为因素的干扰，但在此系统当中，怎样把各种监测信息（比如环境监测、水文、形变等）融合在一起，且开展自动评估（定性-半定量-定量），是整个系统评估模块的关键所在7。3.2.4预警模块预警模块能够根据灾情进行预警，提前对外发布信息，属于系统的客户层（用户端）。需要强调的是，此模块并非单纯性地将矿山地质灾害防治预警发出，还囊括公开发布与矿山地质环境相关的各项日常性指标及动态。预警模块有两种类型，其一为主动式预警，其二是被动式预警，针对主动式预警来讲，其实际就是借助新媒体手段（如微博、微信等）、移动互联网络（如SMS、4G等）及电话等方式，以一种主动姿态发出预警，对象是受矿山环境地质问题影响范 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|109软件和信息技术服务围内的每个人，并且还能根据实际需要，把预警信息以最短时间、最快速度向上、下级部门进行传送。而针对被动式预警方式而言，从基础层面来分析，即能够为操作人员提供多种形式的信息查询服务，用户能够比较轻松地借助各种手段（如微博、电话、网络等），围绕矿山地质环境情况，展开全面且深入的了解。此外，预警模块还能够在系统当中进行信息库的构建，为信息查看提供便利，如查看矿山区域内的工作地点、居民数量、联系方式等8。4WebGIS系统的具体实现数据层。此层基于SQLServer软件存储系统的基本属性，且借助系统当中的各类空间数据，如监测、基础信息等，以此为灾害监测提供数据支撑。此外，此层还能对多人员、多方法、多部门进行整合，开展实时性的更新。还需指出的是，数据层还能定期地备份、压缩数据库中的内容，并严格限制数据访问权限，以此提高数据的安全性。应用层。在开发应用层方面，多利用.NET技术来操作。在实际操作时，可围绕ArcGISServer服务器，对其进行合理利用，且借助空间数据库引擎对数据库实施管理，采用各种接口更新数据。还需说明的是，在此层中，需要各类技术人员的紧密配合，如测量人员、采矿人员、地质勘查人员等。客户层。此系统