工礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建管理信息系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)展

蘇尚軍，張 強(qiáng)，張建杰

（1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030006）

1 我國(guó)工礦區(qū)土地復(fù)墾現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，總量達(dá)5.6萬億t。截至2009年，全國(guó)原煤年產(chǎn)量達(dá)30.05億t。但大規(guī)模的煤炭開采在支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)也帶來了大量的資源環(huán)境破壞、安全事故頻發(fā)等問題，這成為制約煤炭產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)的生態(tài)文明建設(shè)。因此，在礦產(chǎn)開發(fā)中，針對(duì)被破壞和壓占土地進(jìn)行土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)就成為實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)球保護(hù)和資源高效利用的戰(zhàn)略重點(diǎn)和技術(shù)熱點(diǎn)[1]。

20世紀(jì)五六十年代，土地復(fù)墾曾被機(jī)械地理解為“擴(kuò)大土地面積”。而經(jīng)過多年發(fā)展后，1988年10月21日國(guó)務(wù)院第二十二次常務(wù)會(huì)議通過的《土地復(fù)墾規(guī)定》中把其定義為：“在生產(chǎn)建設(shè)過程中，因挖損、塌陷、壓占等造成破壞的土地，采取整治措施，使其恢復(fù)到可供利用狀態(tài)的活動(dòng)?！痹陔S后的幾十年中，就煤炭開采區(qū)土地復(fù)墾問題，有不少專家學(xué)者進(jìn)行了不懈的探索和研究，從理論到實(shí)踐均已比較成熟。另外，國(guó)土部門也已制定了相應(yīng)的土地復(fù)墾技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使得土地復(fù)墾工作得到了深化和推廣，為我國(guó)糧食安全和生態(tài)文明建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。

隨著科技的發(fā)展，3S技術(shù)已深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，如國(guó)土管理、環(huán)境保護(hù)、城鎮(zhèn)規(guī)劃、糧食估產(chǎn)等，其良好的空間分析、決策、可視等功能極大地方便了人們的研究和管理工作。1998年1月，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽恕皵?shù)字地球”的概念，即以地球坐標(biāo)為依據(jù)的、由海量數(shù)據(jù)支撐和多維顯示的地球虛擬系統(tǒng)，通過3S技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支持和服務(wù)人類生產(chǎn)活動(dòng)。而目前工礦區(qū)的土地復(fù)墾工作，作為實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體內(nèi)容之一，面臨重大發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，其重點(diǎn)是如何在管理實(shí)施、技術(shù)支撐上確保高效便捷，并能長(zhǎng)期堅(jiān)持[2]。為此，國(guó)內(nèi)外不少專家學(xué)者針對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)破壞和土地退化狀況，結(jié)合3S技術(shù)，研究開發(fā)礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息化平臺(tái)，以求對(duì)煤炭開采區(qū)的生態(tài)重建和土地復(fù)墾管理模式實(shí)現(xiàn)定量化、系統(tǒng)化、可視化、長(zhǎng)期化、智能化。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 國(guó)外相關(guān)研究進(jìn)展

礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)，是立足于土地復(fù)墾活動(dòng)的空間管理信息平臺(tái)，是帶有空間屬性的管理決策系統(tǒng)。而管理信息系統(tǒng)于1958年由Stoller和VanHorn首先提出，但其真正開始發(fā)展是在20世紀(jì)60年代末到70年代初，發(fā)展經(jīng)歷了早期的人工管理、后期的計(jì)算機(jī)涉足信息系統(tǒng)——文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及3S應(yīng)用技術(shù)等階段[2]。管理信息系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它通過機(jī)械操作替代了原來需要手工處理的復(fù)雜工作，不僅明顯地提高了工作效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能提高信息管理的質(zhì)量和水平。另外，管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)更合理的組織和更科學(xué)的管理，為控制事物發(fā)展提供了控制信息，為預(yù)測(cè)事物變化的狀態(tài)提供了事物發(fā)展趨勢(shì)信息和變化規(guī)律的信息。管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，它可以用于事務(wù)管理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形及人工智能等系統(tǒng)中。另外，各學(xué)科與管理信息系統(tǒng)的結(jié)合越來越密切，從而產(chǎn)生了各種專業(yè)性很強(qiáng)的管理信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了手工管理、文件管理和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)3個(gè)發(fā)展階段。從20世紀(jì)60年代末開始，數(shù)據(jù)管理技術(shù)從層次數(shù)據(jù)庫(kù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，再到面向?qū)ο竽Ｐ偷臄?shù)據(jù)庫(kù)，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。如今，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)等相互滲透，相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)的高效綜合管理。

而土地復(fù)墾主要以破壞或退化的土地及相應(yīng)的資源和環(huán)境問題為研究對(duì)象，其特點(diǎn)是所需處理的數(shù)據(jù)信息量大、信息屬性及拓樸關(guān)系復(fù)雜、信息時(shí)空變化大[3-4]。有關(guān)采礦、土地復(fù)墾及環(huán)境保護(hù)的不少專家早已針對(duì)這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息的處理途徑進(jìn)行了相關(guān)探索。GIS技術(shù)，作為空間地理信息處理的先進(jìn)手段，很早就被有關(guān)專家嘗試引入到礦山環(huán)境和土地復(fù)墾領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)信息處理中。Younos等[5]在GIS環(huán)境下，運(yùn)用通用土壤侵蝕方程USLE（Universal Soil Loss Equation）建模分析預(yù)測(cè)了美國(guó)弗吉尼亞西南地區(qū)現(xiàn)存的廢棄礦山土地土壤侵蝕情況。Krige[6]是最早將GIS調(diào)查引入采礦環(huán)境工程的人員之一，從空間上研究探索了適于礦產(chǎn)資源進(jìn)一步開發(fā)的景觀類型。Anderson等利用遙感圖像數(shù)據(jù)建立了土地利用和土地植被分類系統(tǒng)。Davidson等[7]結(jié)合現(xiàn)有的土地資源調(diào)查技術(shù)，在地中海地區(qū)進(jìn)行了有關(guān)將GIS技術(shù)作為輔助手段用于農(nóng)業(yè)土地資源評(píng)價(jià)，其高度評(píng)價(jià)了基于GIS技術(shù)，應(yīng)用模糊分類方法進(jìn)行土地適宜性分析和土地資源管理的有效性。Sumbangan等[8]在GIS環(huán)境下運(yùn)用模糊建模方法對(duì)如何定義和評(píng)價(jià)土地管理單元進(jìn)行了探索。這些實(shí)踐和研究成果均證明，信息系統(tǒng)技術(shù)以及GIS用作土地復(fù)墾規(guī)劃、管理、決策工具是極其有用的。

2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

隨著國(guó)內(nèi)土地復(fù)墾研究工作的深入、研究范圍的擴(kuò)展以及土地復(fù)墾在一些礦山企業(yè)已得到實(shí)施，復(fù)墾工作所要處理的有關(guān)數(shù)據(jù)信息的業(yè)務(wù)量越來越大，有關(guān)土地復(fù)墾專家和現(xiàn)場(chǎng)復(fù)墾技術(shù)人員切實(shí)認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的工作方式和管理模式越來越不適應(yīng)當(dāng)前業(yè)務(wù)的需求，迫切需要順應(yīng)當(dāng)今數(shù)字化社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，建立礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)，以更好地為礦山企業(yè)和復(fù)墾技術(shù)人員服務(wù)。最初，賀日興等[4]探討了基于GIS平臺(tái)下建立礦山土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的可能性及意義。后來喬朝飛等[9]系統(tǒng)分析了在建立礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)過程中幾個(gè)關(guān)鍵問題的解決辦法。隨后幾年里，不斷有專家學(xué)者進(jìn)行與礦區(qū)土地管理系統(tǒng)相關(guān)的開發(fā)實(shí)踐，并取得了一定成果。申廣榮等[10]探討了基于GIS環(huán)境下露天煤礦土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的建立，其中對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建進(jìn)行了詳細(xì)說明。韓雁[11]采用OLE（對(duì)象聯(lián)結(jié)與嵌入）技術(shù)將Mapinfo與VB集成應(yīng)用，進(jìn)行了基于GIS礦山環(huán)境信息系統(tǒng)的研究。趙軍[12]針對(duì)兗州礦區(qū)礦山開采地表塌陷問題，建立了煤礦開采生態(tài)環(huán)境破壞評(píng)價(jià)模型，提出了利用模糊聯(lián)想記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)土地評(píng)價(jià)方法，利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcINFO建立可視化管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了塌陷區(qū)信息可視化。謝宏全等[13]探討了WebGIS在礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃中的應(yīng)用。師華定[14]以平朔露天礦區(qū)為例，進(jìn)行了礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建信息系統(tǒng)的開發(fā)。陳秋計(jì)等[15-17]在研發(fā)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，專門探討了DEM在礦區(qū)土地復(fù)墾中的應(yīng)用，并探討了基于MapX和Oracle Spatial進(jìn)行礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的建立。張繼棟等[18-19]又專門探討了礦區(qū)土地復(fù)墾決策支撐系統(tǒng)的開發(fā)。劉玉華[3]以南屯煤礦為例，進(jìn)行了煤礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的研究。包妮沙等[20]專門討論了ArcGIS在礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃工作中的具體應(yīng)用。黃解軍等[21]討論了基于GIS的礦山整體決策支持系統(tǒng)。另外，胡海峰等[22]針對(duì)工礦區(qū)土地復(fù)墾中破壞面積及破壞程度進(jìn)行的評(píng)估預(yù)測(cè)方法研究，為工礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建管理信息系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建提供了關(guān)鍵技術(shù)。至此，國(guó)內(nèi)關(guān)于工礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息化的研究，從初期理論探討，到如今的開發(fā)實(shí)踐，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為日后土地復(fù)墾管理信息化平臺(tái)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

近幾年來，各類信息系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用在我國(guó)已日益得到廣泛重視，但在有關(guān)礦區(qū)土地復(fù)墾專用信息系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用方面整體發(fā)展仍很緩慢。而且在礦區(qū)土地破壞已嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展的今天，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)破壞土地這一后備資源的有效開發(fā)利用以及生態(tài)恢復(fù)重建，無論資源保護(hù)還是環(huán)境保護(hù)方面，都顯得十分必要。故切實(shí)加快礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)的研發(fā)，并盡快投入到實(shí)際應(yīng)用中，是我們廣大科技人員需要努力的目標(biāo)，同時(shí)也需要得到有關(guān)管理部門及礦山企業(yè)的重視和協(xié)作。

3 存在問題及對(duì)策

綜合國(guó)內(nèi)外研究成果，關(guān)于土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)的研發(fā)主要存在幾個(gè)問題：（1）基礎(chǔ)理論探討多于開發(fā)實(shí)踐?，F(xiàn)有的多數(shù)礦區(qū)信息系統(tǒng)研究，主要集中在礦區(qū)土地破壞發(fā)生機(jī)理和環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面。尤其國(guó)外相關(guān)研究，針對(duì)礦區(qū)土地復(fù)墾的專門性系統(tǒng)研發(fā)較鮮見。國(guó)內(nèi)關(guān)于礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的研究，大多為技術(shù)理論方面的探討，少有真正實(shí)現(xiàn)軟件平臺(tái)的推廣和應(yīng)用。礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的研發(fā)需要多學(xué)科間技術(shù)力量的交叉融合，是一個(gè)系統(tǒng)工程，其本身受多方面技術(shù)的限制；另一方面，由于相關(guān)管理部門及企業(yè)的重視程度不夠，以及管理制度的不完善，致使科技產(chǎn)品沒有市場(chǎng)，從而缺乏充裕的人力、物力投入來支撐其研發(fā)。之前我國(guó)的礦產(chǎn)開發(fā)主體多為私人企業(yè)，其管理者對(duì)資源高效利用及環(huán)境保護(hù)的理解和認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建工作低效無序，從而間接地削弱了礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息化的需求。以上因素致使該領(lǐng)域整體發(fā)展緩慢。（2）國(guó)內(nèi)已開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用性不強(qiáng)。國(guó)內(nèi)已有部分學(xué)者進(jìn)行了研發(fā)活動(dòng)，但由于軟件本身的應(yīng)用性不強(qiáng)，致使其缺乏推廣和應(yīng)用。究其原因，主要有幾個(gè)方面：一是系統(tǒng)多為量身定做，各軟件自身的側(cè)重點(diǎn)不同，很難適應(yīng)各種煤礦復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)、權(quán)屬數(shù)據(jù)等管理功能要求；二是系統(tǒng)本身缺乏系統(tǒng)性，多學(xué)科技術(shù)力量之間沒有有效融合，致使軟件平臺(tái)在數(shù)據(jù)管理及運(yùn)行中出現(xiàn)不適現(xiàn)象；三是系統(tǒng)本身適用主體少。該類系統(tǒng)的研發(fā)及試驗(yàn)場(chǎng)所主要在各科研院所及高校，未能在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域提供切實(shí)的幫助，不能打開推廣應(yīng)用的局面。（3）缺乏科學(xué)衡量工礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建水平的指標(biāo)體系。建立工礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建管理信息系統(tǒng)，要求切實(shí)反映工礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建進(jìn)展及生態(tài)效應(yīng)，必須建立一套科學(xué)、合理衡量和評(píng)價(jià)礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建情況的量化指標(biāo)體系，這是整個(gè)軟件開發(fā)的核心。而目前國(guó)內(nèi)眾多科研人員在研發(fā)該類系統(tǒng)時(shí)均未能提出一個(gè)較合理的指標(biāo)體系，這也是致使所研發(fā)系統(tǒng)適用性較差的主要原因之一。

針對(duì)以上情況，立足目前我國(guó)土地復(fù)墾管理政策體制，分析礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)土地復(fù)墾及生態(tài)重建管理機(jī)制，根據(jù)市場(chǎng)需要，結(jié)合國(guó)土、環(huán)保等部門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及考核要求，有針對(duì)性地開發(fā)方便、實(shí)用的土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)平臺(tái)，并不斷進(jìn)行軟件維護(hù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，才是推廣和深化礦區(qū)土地復(fù)墾信息化、智能化管理的最好出路。

［1］ 石書靜，李惠卓.我國(guó)煤礦區(qū)土地復(fù)墾現(xiàn)狀研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（10）：5262-5263.

［2］ 胡振琪.山西省煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（1）：42-45，64.

［3］ 劉玉華.煤礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2008.

［4］ 賀日興，胡振琪.試論基于GIS建立我國(guó)礦山土地復(fù)墾信息系統(tǒng)[J].中國(guó)土地科學(xué)，1999（5）：42-43.

［5］ Younos T M，Yagow E R，Zipper C E.Modeling mined land reclamation strategies in aGISenvironments[J].Applied Engineering in Agriculture，1993，9（1）：61-68.

［6］ Krige DG.Two dimensionalweightedmovingaverage trend surfaces forore valuation[J].Journalof the South African Instituteof Miningand Metallurgy，1996，66：13-38.

［7］ Davidson DA，Theocharopoulos SP，Bloksma R J.A land evaluation project in greece using GIS and based on boolean and fuzzy setmethodologies[J].International JournalofGeographical Information Systems，1994，8（4）：369-384.

［8］ Sumbangan baja，David M Chapman，Deirdre Dragovich.A conceptualmodel for defining and assessing landmanagementunits using a fuzzymodeling approach in GISenvironment[J].EnvironmentalManagement，2002，29（5）：647-661.

［9］ 喬朝飛，胡振琪.基于GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾管理信息系統(tǒng)若干問題的探討[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（4）：239-241.

［10］ 申廣榮，白中科，王鑌，等.基于GIS的露天煤礦土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的建立[J].煤礦環(huán)境保護(hù)，2000，14（5）：50-52.

［11］ 韓雁.基于GIS礦山環(huán)境信息系統(tǒng)的研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2003.

［12］ 趙軍.基于數(shù)字化技術(shù)的礦區(qū)塌陷土地復(fù)墾研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2003.

［13］ 謝宏全，陳秋計(jì).WebGIS在礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：161-164.

［14］ 師華定.礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)——以平朔露天礦區(qū)為例[D].太谷：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

［15］ 陳秋計(jì)，胡振琪，謝宏全，等.礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)研究初探[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2005（2）：46-55.

［16］ 陳秋計(jì)，胡振琪，劉昌華，等.DEM在礦區(qū)土地復(fù)墾中的應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2006（2）：67-87.

［17］ 陳秋計(jì)，孔云峰，胡振琪，等.基于MapX和Oracle Spatial建立礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)探討 [J].地域研究與開發(fā)，2007（6）：121-128.

［18］ 張繼棟，白中科，崔艷，等.礦區(qū)土地復(fù)墾決策支持系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008，33（5）：532-536.

［19］ 陳秋計(jì)，卞正富.礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃決策支持系統(tǒng)開發(fā)[J].地理信息空間，2008（8）：98-100.

［20］ 包妮沙，葉寶瑩，白中科，等.ArcGIS在礦區(qū)土地復(fù)墾中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（6）：501-504.

［21］ 黃解軍，葉發(fā)旺，齊培培，等.基于GIS的礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)[J].金屬礦山，2009（3）：96-99.

［22］ 胡海峰，郝兵元，康立勛，等.工礦區(qū)土地復(fù)墾中破壞面積及破壞程度的預(yù)測(cè)[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（1）：60-64.