基于GIS的矿产资源开发利用监管信息化平台建设研究_顾陈浩.pdf

第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46，No 6Jun，2023收稿日期:20220418作者简介:顾陈浩(1987)，男，浙江海宁人，工程师，本科学历，主要从事测绘地理信息管理工作。基于 GIS 的矿产资源开发利用监管信息化平台建设研究顾陈浩(海宁市中图测绘有限公司，浙江 海宁 314400)摘要:矿产资源利用开发监管工作是自然资源部门矿产资源管理的一项重要工作，但目前存在监管力度低、监管手段落后等问题，导致矿区越界开采、违规生产、瞒报产量等违法行为屡禁不止。本文利用 GIS、物联网、网格化等先进技术，构建省市县街道四级矿产资源开发利用“天上看、网上管、地上查”监管体系，搭建矿产资源开发利用监管信息化平台，全面提升矿产资源开发利用信息化、精细化以及智能化管理水。关键词:GIS;矿产资源;开发利用;监测监控;信息平台中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06014404esearch on the Construction of Mineral esources Exploitation andUtilization Supervision Information Platform Based on GISGU Chenhao(Haining Map Mapping Co，Ltd，Haining 314400，China)Abstract:The supervision of the exploitation and utilization of mineral resources is an important work of the natural resources depart-ment in the management of mineral resources However，there are some problems such as low supervision intensity and backward su-pervision means，which lead to illegal mining，illegal production and concealing output in mining areas This article utilizes advancedtechnologies such as GIS，Internet of Things，and grid technology to construct a provincialcitycountystreet four level supervisionsystem for mineral resource exploitation and utilization，which includes sky observation，online management，ground investigationIt also builds an information platform for mineral resource exploitation and utilization supervision，comprehensively improving the levelof information，refinement，and intelligent management of mineral resource exploitation and utilizationKey words:GIS;mineral resources;exploitation and utilization;monitoring and controlling;information platform0引言矿产资源作为一个国家或地区经济发展的重要储备资源，对推动城市化建设、基础设施建设和国防安全起着重要的作用。随着城市化和工业化进程的加快，全国各地对矿产资源开发利用的需求越来越旺盛，导致矿山资源管理面临巨大的挑战和机遇1。目前，矿产资源开发利用存在大量非法开采和违法开采现象，导致矿产资源浪费严重、矿产资源监管力量薄弱，存在缺乏完善的监管体系，矿产资源节约集约利用水平低，缺乏专业性、技术性以及系统性的管理手段等问题2。基于此，新组建的自然资源部门将构建矿产资源开发利用监管体系列入矿产资源管理的重点工作。本文利用 GIS、物联网、视频监控、网格化等先进技术，构建省市县街道四级矿产资源开发利用“天上看、网上管、地上查”监管体系，搭建矿产资源开发利用监管信息化平台，实现矿产资源开发利用数据库的有机整合和管理，矿产资源违法案件管理、监测监控管理、开发利用管理以及动态违法巡查管理等功能，全面提升矿产资源开发利用信息化、精细化以及智能化管理水平，从而保证矿产资源开发秩序和合理利用，促进社会经济可持续发展。1建设内容1 1构建二三维一体化的省市县街道四级矿产资源开发利用网格化监管体系充分利用 GIS、物联网、三维可视化及网格化技术，构建二三维一体化的省市县街道四级矿产资源开发利用网格化监管体系。一是利用网格化技术，按照省、市、县、街道四级进行网格化划分，确保矿产资源开发利用活动监管全覆盖，同时实现矿产资源违法违规开采行为从发生、核查、反馈、处置到结案四级监管互联互通;二是利用 GIS 和三维可视化技术，实现矿产资源数据资源二三维一体化展示、查询和统计，让矿产资源开发利用活动空间分布在地图上“一目了然”3。1 2构建完善的矿产资源开发利用“一张图”数据库以矿山基础地理信息数据为基础，整合浙江省探矿权数据、采矿权数据、矿山资源现状数据、遥感影像监测数据、矿山地上和地下三维数据、人员定位数据以及开发利用监控等数据，按照全省统一的标准规范，构建完善的矿产资源开发利用“一张图”数据库，实现矿产资源开发利用的各类数据资源组织、存储、管理以及更新维护4。1 3搭建矿产资源开发利用监管信息化平台为加强浙江省矿产资源的合理开发利用，做到开发利用项目事前、事中以及事后全面监管，搭建矿产资源监管信息化平台。平台搭建主要实现 3 个目标:一是统一矿产资源开发利用管理平台，将全省矿产资源开发利用的项目都纳入平台中进行管理。二是统一的矿产资源开发利用监管流程，强化矿产资源开发利用项目全过程监管，不断提高矿产资源的监测监管能力和水平。三是统一的平台数据共享交换，通过建立全省统一的矿产资源开发利用“一张图”数据库，实现省市县街道四级矿产资源数据的有序共享以及监管业务的协同处理。2平台设计2 1框架设计根据平台建设的内容和总体架构指导思想，对平台框架结构进行设计，主要包括软硬件支撑层、数据资源层、服务层、应用层及展示层，两侧是保障平台稳定运行的标准规范、法律法规体系和信息安全、运维保障体系5。平台框架设计如图 1 所示。软硬件支撑层是平台运行的基础，主要包括硬件资源、软件资源及网络资源。利用云计算思想，将相关的硬件虚拟化，为平台提供可配置、高效的硬件资源。在虚拟服务器上，安装相应的操作系统、GIS 软件及数据库软件等;数据资源层是负责组织、存储和管理矿产资源开发利用“一张图”数据库和数据的访问控制，从而为应用层提供数据服务;服务层是利用先进技术，将常用的功能发布成服务，提供给应用层调用，如用户统一登录服务、GIS 数据和功能服务、FTP 文档资料服务等;应用层是平台功能的展示窗口，主要包括“一张图”展示、监测监控管理、开发利用管理及动态巡查管理等;展示层是平台为用户提供展示的终端，主要包括智慧大屏显示、电脑终端显示、图 1平台框架设计示意图Fig 1Platform frame design schematic diagram移动信息推送以及社交媒体等6。2 2数据库设计矿产资源开发利用“一张图”数据库主要包括四大核心数据库:矿山基础地理信息数据库、矿山三维模型数据库、开发利用管理数据库及开发利用监测监控数据库。矿山基础地理信息数据库包括大比例尺地形图、影像地图数据、矿区范围界线数据及网格数据等;矿山三维模型数据库包括矿山地表三维模型、矿山地下矿体三维模型及地下巷道三维模型等;开发利用管理数据库包括矿产资源现状图、采矿权数据、探矿区数据以及企业诚信数据等;开发利用监测监控数据包括人员定位数据、水文地质监测数据、影像监测数据、视频监控数据、产量监控数据以及违法图斑数据等。数据库建设内容如图 2 所示。图 2数据库建设内容示意图Fig 2Schematic diagram of database construction content2 3功能结构设计平台基于 SOA 架构，采用 SSM 框架集，设计并开发了Web 端应用和移动端应用。Web 端二维开发采用 Eclipse平台和 Java 编程语言，地图展示和相关 GIS 功能采用基于 Cesium 开源程序进行开发，移动端则是基于 Android 系统进行开发。数据库空间数据采用 MongoDB 数据库，属性数据采用 Mysql 数据库7。平台的功能主要包括矿产资源“一张图”展示、开发利用监测监控、开发利用管理及动态巡查管理四大模块。平台功能结构设计如图 3 所示。541第 6 期顾陈浩:基于 GIS 的矿产资源开发利用监管信息化平台建设研究图 3平台功能结构示意图Fig 3Schematic diagram of platform functional structure3关键技术3 1基于 MongoDB 数据库的实时监控数据存储技术平台每天接收上百万条矿产资源开发利用监控数据，如何对这些数据进行组织、存储和管理，是平台必须解决的问题。传统的关系型数据库无法高效对这些实时监控数据进行存储。因此，本文选择了分布式 MongoDB数据库架构，开发了数据汇集服务，实现海量实时监控数据的高并发存储和管理。MongoDB 数据库具有高性能、分布式、可扩展等优点，支持数据复制和故障恢复，支持数据库集群，可灵活、动态添加服务器，支持数据的实时插入、检索及更新等8。MongoDB 架构如图 4 所示。图 4MongoDB 架构示意图Fig 4Schematic diagram of MongoDB architecture3 2基于 Cesium 的二、三维一体化数据动态可视化技术Cesium 是一个基于 Apache2 0 许可，可跨平台和浏览器进行地图和三维地球展示的开源程序，支持二维、三维形式的地图展示，尤其对动态数据的可视化具有良好的支持。本文利用 Cesium 客户端，实现二维矿产资源数据和三维矿山模型数据一体化动态展示9。矿产资源数据动态可视化流程如图 5 所示。图 5数据动态可视化流程示意图Fig 5Data dynamic visualization process diagram3 3矿山三维模型建模和高效运行技术平台涉及浙江省众多矿山三维模型，在利用 Cesium客户端加载三维模型时，由于矿山三维模型数据量大、数据分类细，导致传输效率低，显示效果较差。因此，本文运用多层次动态加载技术，采用 LOD 和 QEM 简化算法，根据视点和模型的距离，对矿山三维模型和纹理精细程度进行多级压缩处理，在传输过程中，将压缩后的数据分成若干细节数据块，只将当前视野范围内的细节数据块通过动态层次进行加载，从而实现矿山三维模型和纹理渐进压缩和传输。Cesium 客户端可以根据视点和模型的距离，边接收边渲染不同精细程度的模型，从而降低网络带宽，实现模型显示更流畅、不同分辨率模型切换更平滑。4平台实现4 1矿产资源“一张图”展示矿产资源“一张图”展示实现了矿山基础信息数据、641测绘与空间地理信息2023 年矿产资源开发利用数据、监控数据及违法图斑等数据的图文一体化展示、二三维一体化展示、三维可视化展示，并提供 GIS 常用的地图操作工作和空间查询统计功能。图文一体化展示是以矿山基础地理信息数据为底图，叠加矿产资源开发利用相关的空间数据，并与空间数据的属性信息、照片等信息关联，通过点选可以查看该空间数据的详细信息，如点击开发利用违法图斑数据，可以查看图斑数据的属性信息、违法案件的现场照片、处罚文件等信息。二三维一体化展示是通过分屏的方式同时查看二维数据和三维模型数据。三维可视化展示是通过三维地球，实现真三维环境下的矿山三维模型浏览，可以查看矿山地表和地下三维模型、地下巷道三维模型等。4 2开发利用监测监控矿山资源开发利用监测监控主要包括遥感监测、视频监控、产量监控及违法案件监控等。遥感监测是利用不同时序的两期遥感影像数据进行比对，当发现有矿山勘测开采现象时，圈定范围，并对范围内的开采迹象判断其合法性，如是否符合规划要求、是否有采矿证等，同时将疑似违法图斑圈出，为后期动态巡查提供数据支持;视频监控是针对矿山井下开采活动进行实时监控，及时掌握矿产资源采掘情况，从而实时监控矿产资源开采行为是否存在越界行为，同时将视频监控数据连接指挥中心大屏，让管理人员能够直观和及时地了解矿产资源开发利用的实际运行情况;产量监控是根据不同矿山提供的实际产量监控数据，与设计产量进行比对，监控矿山是否存在开采超量的违法行为，同时汇总全省不同矿产产量数据，能够精准掌控全省矿产产量的变化情况;违法案件监控是对矿产资源开发利用违法案件的发现、核查、反馈、处置以及结案全过程监控。4 3开发利用管理矿产资源开发利用管理主要包括开发利用数据采集录入管理、项目业务管理以及开发利用年报管理。开发利用数据采集录入管理是将历年开发利用的方案资料、督察材料以及应用数据进行采集和录入。项目业务管理实现矿产资源开发利用项目从申请、受理、审批、施工到开采，运用工作流方式进行全周期管理。开发利用年报管理是用图表的方式动态展示开发利用年报储量、开发利用年报开采等数据，并可制作统计报表进行年报成果导出。4 4动态巡查管理动态巡查管理是利用移动端 App，一方面对矿山进行日常巡查;另一方面是对遥感监测、上级交代以及举报的矿产资源违法行为进行重点巡查，主要实现了违法案件采集、巡查路径管理及巡查人员管理等功能。5结束语本文利用 GIS、物联网等先进技术，对矿产资源管理中的开发利用工作进行信息化、精细化以及高效化的监管，极大地提高了矿产资源利用的效率，减少了违法违规行为的发生。平台主要完成以下几点工作:一是构建了省市县街道四级矿产资源开发利用网格化监管体系，确保开发利用监管体系全覆盖以及监测监控数据、业务办理四级互联互通，实现了数据共享交换，提高了数据利用效率。二是构建了矿产资源开发利用“一张图”数据库，实现了矿山基础地理信息数据、矿产资源开发利用监测监控和管理相关数据的图文一体化、二三维一体化展示和查询统计，让数据显示更加直观。三是根据矿产资源利用开发业务需求，开发了利用监测监控、利用管理以及动态巡查等功能，实现了矿产资源实时、动态监控和管理，提高了矿产资源开发利用管理水平。参考文献:1冯现辉 浅议矿山环境治理恢复瓶颈及解决方案J 环境与可持续发展，2016，41(3):211213 2李永平，谈树成，赵晓燕 云南省北部地区矿产资源违法开采遥感动态监测研究J 山东国土资源，2018，34(2):4953 3李浩 基于三维 GIS 的山东省矿产资源网格化监管系统的关键技术研究J 山东国土资源，2020，36(5):4448 4伍小玲 基于现代信息技术的矿产资源监管体系建设 J 科技视界，2016(13):272，290 5陈洋，姚茂宣 矿产资源开发利用批后监管系统设计:以贵州省为例 J 国土资源信息化，2018(2):2933，12 6黄莹 矿产资源信息化系统设计探讨J 世界有色金属，2017(9):53，56 7雷德龙，郭殿升，陈崇成，等 基于 MongoDB 的矢量空间数据云存储与处理系统J 地球信息科学学报，2014，16(4):507516 8陈跃辉 矿产资源开发远程综合监管系统设计 J 工矿自动化，2015，41(2):8690 9陆世东，杨文森，尹峰，等 基于 3DGIS 的矿山综合监管系统 J 地理空间信息，2012，10(4):9597，99，182 编辑:任亚茹(上接第 143 页)14XU H Q A new index for delineating builtup land fea-tures insatellite imageryJ International Journal of e-mote Sensing，2008，29(14):42694276 15覃志豪，李文娟，徐斌，等 陆地卫星 TM6 波段范围内地表比辐射率的估计J 国土资源遥感，2004(3):2832，36，41 16王旭，马伯文，李丹，等 基于 FLUS 模型的湖北省生态空间多情景模拟预测J 自然资源学报，2020，35(1):230242 17HUI Jiawei，BAI Zhongke，YE Baoying EcoEnvironmentevaluation of grassland based on remote sensing ecologicalindex:A case in Hulunbuir Area，China J Journal Com-puter and Communications，2021，9(6):203213 编辑:任亚茹741第 6 期顾陈浩:基于 GIS 的矿产资源开发利用监管信息化平台建设研究