新疆煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黨立波+賈新勇

摘要：本文闡述了新疆煤田火災(zāi)治理的現(xiàn)狀，論述了建立新疆煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性。根據(jù)煤田火災(zāi)的治理實(shí)際，設(shè)計(jì)并詳細(xì)敘述了新疆煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和功能。在此基礎(chǔ)上敘述了平臺(tái)建立需要數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)種類，并對(duì)幾類數(shù)據(jù)進(jìn)行了屬性字段的設(shè)計(jì)。同時(shí)介紹了借助GIS技術(shù)和開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。

關(guān)鍵詞：煤田火災(zāi)；監(jiān)測(cè)監(jiān)控；GIS

Design of Xinjiang coalfield fire monitoring system

Dang LiboJia XinYong

xinjiang coalfield fire fighting bureauxinjiang urumqi830063

Abstract：This paper expounds the current situation of coal field fire control in xinjiang， and discusses the necessity of establishing the monitoring system of coal fire area in xinjiang. According to the actual control of coal fire， monitoring system of xinjiang coal field is designed， and each function is described in detail. On this basis， the data and data types of the platform are described， and the design of attribute fields for several kinds of data is carried out. It also introduces functions based on GIS technology and development platform.

Keywords：coalfield fire；monitoring；gis

前言

新疆的煤炭資源十分豐富，預(yù)測(cè)資源量2.19萬億噸，占全國(guó)煤炭資源量的34.46%，新疆煤種齊全，開采條件好，賦存穩(wěn)定，埋藏淺，是國(guó)家重要的煤炭開發(fā)與儲(chǔ)備基地[1]。但與此同時(shí)，新疆的煤田火災(zāi)也極為嚴(yán)重，根據(jù)最新煤田火區(qū)普查結(jié)果顯示，新疆現(xiàn)有在燃煤田火區(qū)46處[2]。煤炭自燃造成大量的資源損失，大規(guī)模的溫室氣體排放，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，威脅煤炭安全開采，破壞了本就脆弱的新疆生態(tài)環(huán)境。但近年來煤礦整頓關(guān)閉政策的實(shí)施，一些非法和布局不合理煤礦關(guān)停后處理措施不當(dāng)而導(dǎo)致了一部分新火區(qū)的產(chǎn)生，同時(shí)原有部分火區(qū)有擴(kuò)大蔓延的趨勢(shì)。

新疆煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作一直進(jìn)行，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作是地面實(shí)地測(cè)量，一方面監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本高，另一方面火區(qū)監(jiān)測(cè)具有滯后性。

國(guó)外煤火遙感識(shí)別監(jiān)測(cè)早于國(guó)內(nèi)，20世紀(jì)六十年代到2005年，國(guó)外學(xué)者利用航空遙感和航天遙感數(shù)據(jù)分別在美國(guó)、德國(guó)、印度作了大量的研究，并驗(yàn)證了應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)識(shí)別和監(jiān)測(cè)的煤火的可行性，形成了針對(duì)不同數(shù)據(jù)源的識(shí)別和反演流程和算法。如：Mishra等利用Landsat-7ETM+數(shù)據(jù)對(duì)印度Jharia煤田火區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[3]，根據(jù)普朗克輻射公式進(jìn)行地表溫度反演，然后利用熱成像儀對(duì)反演溫度進(jìn)行驗(yàn)證，證明利用ETM+數(shù)據(jù)可以很好地監(jiān)測(cè)煤田火區(qū)范圍。我國(guó)學(xué)者利用遙感數(shù)據(jù)在內(nèi)蒙古和新疆做了研究，借助遙感數(shù)據(jù)識(shí)別出新生火區(qū)，并進(jìn)行地面的實(shí)地驗(yàn)證，如：蔣衛(wèi)國(guó)、武建軍等利用不同季節(jié)夜間ASTER熱紅外波段數(shù)據(jù)進(jìn)行地下煤火監(jiān)測(cè)，提出了利用ASTER進(jìn)行煤火監(jiān)測(cè)最佳季節(jié)和時(shí)間點(diǎn)是冬季和晚上[4]。遙感用于煤火研究已經(jīng)相對(duì)較成熟，針對(duì)不同數(shù)據(jù)源形成了特定的識(shí)別和反演流程和算法，但是由于熱紅外數(shù)據(jù)空間分辨率較低，反演的精度還是不太理想，隨著傳感器性能和空間分辨率提高將促進(jìn)煤火的識(shí)別精度提高。本文主要研究基于航空、航天、無人機(jī)、溫度氣體傳感器的煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)應(yīng)用功能模塊、系統(tǒng)功能框架。

1.系統(tǒng)功能框架

利用航天航空影像數(shù)據(jù)、地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)，借助3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)煤田火區(qū)遙感監(jiān)測(cè)、煤田火區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、煤田滅火會(huì)商決策支持、煤田火區(qū)信息綜合服務(wù)。

1.1煤田火區(qū)遙感監(jiān)測(cè)

應(yīng)用多源衛(wèi)星遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤田火區(qū)宏觀監(jiān)測(cè)，利用最新國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)定期對(duì)比火區(qū)地表變化，了解火區(qū)發(fā)展?fàn)顩r。

1.2煤田火區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

應(yīng)用無線溫度、氣體傳感器，視頻監(jiān)控等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段為掌握火區(qū)現(xiàn)狀提供直接資料，為火區(qū)預(yù)警提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)源。

1.3煤田滅火會(huì)商決策支持

利用三維技術(shù)綜合展示全疆煤田火區(qū)信息，綜合數(shù)據(jù)和現(xiàn)時(shí)性數(shù)據(jù)，使各種信息源在統(tǒng)一平臺(tái)上管理和顯示，通過預(yù)警機(jī)制分析，達(dá)到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火情并進(jìn)行處理，利用地理信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)形成煤田火災(zāi)的應(yīng)急管理機(jī)制，建立煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)—會(huì)商決策—火源確定—治理方案的信息化流程，為領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持。

1.4火區(qū)信息綜合服務(wù)

建立全疆煤田火區(qū)信息化服務(wù)平臺(tái)，為煤田火區(qū)會(huì)商決策系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，為新疆煤田火區(qū)規(guī)劃、勘查、設(shè)計(jì)等提供各類信息與數(shù)據(jù)服務(wù)?；贕IS技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量影像及其他空間數(shù)據(jù)的管理和檢索，利用遙感影像對(duì)比顯示火區(qū)動(dòng)態(tài)變化；以數(shù)據(jù)庫(kù)的方式管理火區(qū)信息及實(shí)時(shí)無線監(jiān)測(cè)等各類其他數(shù)據(jù)；利用疊加分析等實(shí)現(xiàn)火區(qū)變化數(shù)據(jù)提取及空間分析應(yīng)用等[5]。

1.5火區(qū)現(xiàn)狀報(bào)告

結(jié)合全疆每年各個(gè)火區(qū)的監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)發(fā)布新疆煤田火災(zāi)的監(jiān)測(cè)報(bào)告。報(bào)告主要包括全疆煤田火區(qū)的現(xiàn)狀、火區(qū)動(dòng)態(tài)發(fā)展情況，火區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分等。報(bào)告將為相關(guān)決策部門提供煤田火區(qū)最新數(shù)據(jù)，為新疆煤田火災(zāi)的治理提供決策幫助，指導(dǎo)煤田火區(qū)的治理。

2.系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)庫(kù)種類和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

新疆煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括：傳感器數(shù)據(jù)、火區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、火區(qū)定期衛(wèi)星影像、火區(qū)無人機(jī)影像、火區(qū)實(shí)測(cè)屬性數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)種類：依據(jù)數(shù)據(jù)特性把數(shù)據(jù)分為五類存儲(chǔ)，分別為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、柵格數(shù)據(jù)庫(kù)、元數(shù)據(jù)庫(kù)和其它數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：包括屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括火區(qū)基本信息、煤層信息、氣體監(jiān)測(cè)信息、溫度監(jiān)測(cè)信息等。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括新疆維吾爾自治區(qū)1：25萬地形圖、火區(qū)分布區(qū)域1：5萬地形圖、1：5000火區(qū)航拍影像圖等其它數(shù)據(jù)。

3.系統(tǒng)開發(fā)

采用ArcGIS組件式GIS軟件ArcEngine作為系統(tǒng)的二維開發(fā)平臺(tái)，借助C#語(yǔ)言和visualstudio開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)地圖添加、編輯、放大、縮小等基本gis系統(tǒng)功能[6]，實(shí)現(xiàn)將野外溫度、氣體傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)疊加在火區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的屬性數(shù)據(jù)借助移動(dòng)SIM卡上傳到Internet，然后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中?；饏^(qū)位置、火區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、火區(qū)相關(guān)的土源、水源、道路、水泵房等shp文件設(shè)定統(tǒng)一的坐標(biāo)系，借助系統(tǒng)數(shù)據(jù)加載功能顯示?；饏^(qū)多期可見光影像和熱紅外影像通過地理坐標(biāo)存儲(chǔ)在ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)中[7]。

采用skyline三維場(chǎng)景展示分析組件TerraExplorer實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)添加和展示，將定期衛(wèi)星影像和無人機(jī)影像疊加進(jìn)來，并進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)布火區(qū)動(dòng)態(tài)發(fā)展報(bào)告。實(shí)現(xiàn)將火區(qū)控制體、火區(qū)水管線、火區(qū)道路、火區(qū)工區(qū)、火區(qū)煤層、火區(qū)鉆孔等建立三維模型，并疊加展示在火區(qū)基礎(chǔ)地理三維要素上。

4.結(jié)束語(yǔ)

基于gis新疆煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是作者在煤田滅火一線工作長(zhǎng)期的積累和總結(jié)，系統(tǒng)根據(jù)煤田火災(zāi)治理的需要，從煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)庫(kù)種類、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和采用開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述。煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的建立將提高新疆煤田火災(zāi)信息化水平，同時(shí)建立新疆煤田火災(zāi)早發(fā)現(xiàn)早治理的局面，為加快治理新疆煤田火災(zāi)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

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