山東省礦產(chǎn)資源網(wǎng)格化監(jiān)管體系建設(shè)與實(shí)踐

山東省礦產(chǎn)資源網(wǎng)格化監(jiān)管體系建設(shè)與實(shí)踐

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的監(jiān)督管理機(jī)制礦產(chǎn)資源的開發(fā)是全省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。但隨著山東省工業(yè)化、城市化進(jìn)程的不斷加快和礦產(chǎn)資源供需形勢(shì)的變化,礦產(chǎn)資源開發(fā)利用還存在一些問題:監(jiān)督管理力量薄弱,動(dòng)態(tài)監(jiān)管科技含量不高;非法違法開采問題嚴(yán)重,無證開采、越界開采時(shí)有發(fā)生,破壞浪費(fèi)資源;礦產(chǎn)資源節(jié)約集約利用水平有待進(jìn)一步提升,“三率”有待提高數(shù)字礦務(wù)管理以礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,集成人員定位數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、實(shí)時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù)、礦山三維模型數(shù)據(jù)(包括礦區(qū)地表三維模型、地下礦體模型、地下采空區(qū)模型、地下巷道模型、地下設(shè)備模型等)、遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等,依托于GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、三維仿真和視頻監(jiān)控等技術(shù),按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),建立全省礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的組織、管理、維護(hù)和更新體系,在線調(diào)用“一個(gè)平臺(tái),兩個(gè)市場(chǎng)”的礦政管理數(shù)據(jù)和地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供的地理信息服務(wù),提供礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)管、視頻監(jiān)控、產(chǎn)量監(jiān)控等功能,實(shí)現(xiàn)以三維地圖為主要表現(xiàn)形式的地理信息服務(wù),構(gòu)建網(wǎng)格化監(jiān)管體系,見圖1。(1)采空區(qū)模型實(shí)現(xiàn)通過礦山企業(yè)提供的資料,建立了礦區(qū)地表三維模型、地下礦體模型、地下采空區(qū)模型、地下巷道模型、地下設(shè)備模型,集成了人員定位數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、實(shí)時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù),在線調(diào)用“一個(gè)平臺(tái),兩個(gè)市場(chǎng)”和山東省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供的遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)互通。(2)礦山監(jiān)控技術(shù)利用GIS、物聯(lián)網(wǎng)、三維仿真、視頻監(jiān)控等技術(shù),提供了礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在線調(diào)用、礦山模型數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)渲染、數(shù)據(jù)庫(kù)高效運(yùn)行、礦山視頻在線查看等服務(wù)。(3)礦山監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括門戶網(wǎng)站、動(dòng)態(tài)監(jiān)管、視頻監(jiān)控、產(chǎn)量監(jiān)控、違規(guī)事件監(jiān)管、誠(chéng)信監(jiān)管、礦山注冊(cè)和系統(tǒng)管理。①門戶網(wǎng)站,主要包括通知公告、工作進(jìn)展、違規(guī)事件、礦山展示以及接入進(jìn)度查詢。②動(dòng)態(tài)監(jiān)管,該文基于公開版30m格網(wǎng)高程模型數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù),建立全省范圍的三維地理信息服務(wù),整合全省礦山三維模型數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)全地下開采礦山的三維動(dòng)態(tài)監(jiān)管,提供基礎(chǔ)信息、礦山查詢、人員監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析和圖層管理等功能。③視頻監(jiān)控,依托互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境,通過市級(jí)礦產(chǎn)資源監(jiān)管系統(tǒng)集成全省露天礦山和地下開采礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng),為山東省自然資源廳提供統(tǒng)一的視頻訪問服務(wù),要求可以查看實(shí)時(shí)視頻和歷史視頻,可將相關(guān)視頻信息在應(yīng)急指揮大廳集中展示,達(dá)到及時(shí)、直觀地了解礦山實(shí)際運(yùn)行情況等。④產(chǎn)量監(jiān)控,網(wǎng)格化系統(tǒng)可根據(jù)各礦山產(chǎn)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),分析礦山實(shí)際產(chǎn)量是否與設(shè)計(jì)產(chǎn)量一致,是否存在超能力開采。系統(tǒng)可以按照時(shí)間統(tǒng)計(jì)礦山產(chǎn)量,以此為基礎(chǔ),可以匯總統(tǒng)計(jì)全省(市)某礦種總產(chǎn)量,掌握全省礦種產(chǎn)量變化情況,及時(shí)為礦山提供市場(chǎng)變化信息。⑤違規(guī)事件監(jiān)管,將動(dòng)態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)中自動(dòng)識(shí)別的預(yù)測(cè)預(yù)警信息納入違規(guī)事件監(jiān)管子系統(tǒng)進(jìn)行管理,建立了礦山開采違規(guī)事件的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速核查和及時(shí)反饋的監(jiān)管體制。⑥誠(chéng)信監(jiān)管,系統(tǒng)將礦政管理部門確認(rèn)為礦山開采存在違法違規(guī)行為的納入礦山誠(chéng)信監(jiān)管體系,可記錄礦山企業(yè)項(xiàng)目違規(guī)信息,查詢統(tǒng)計(jì)違規(guī)事件和單位誠(chéng)信信息等。⑦礦山注冊(cè),按照“礦山—地市—省”模式分級(jí)進(jìn)行。礦山系統(tǒng)建設(shè)完成后,由市國(guó)土資源局提交接入測(cè)試申請(qǐng),省國(guó)土資源廳委托技術(shù)支撐單位進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試通過的,按照礦山企業(yè)提交礦山注冊(cè)信息、市級(jí)礦政管理部門進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和初步審核,省級(jí)礦政管理部門進(jìn)行最終審核的流程完成礦山注冊(cè)。⑧系統(tǒng)管理,提供權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、門戶網(wǎng)站和數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。關(guān)鍵技術(shù)維網(wǎng)格模型信息傳輸和動(dòng)態(tài)層次加載大規(guī)模三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)量較大,傳輸和加載時(shí)占用大量帶寬資源,且傳輸效率低。該文采用多層次動(dòng)態(tài)加載技術(shù),利用LOD及基于QEM(二次誤差測(cè)度)的簡(jiǎn)化算法在傳輸三維網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)時(shí),通過流式傳輸技術(shù)逐條傳輸三維網(wǎng)格模型細(xì)節(jié),將壓縮后的數(shù)據(jù)劃分為若干數(shù)據(jù)塊,以只傳輸所見區(qū)域的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)為原則,使得當(dāng)前視野范圍內(nèi)的礦山三維模型信息通過動(dòng)態(tài)層次加載,實(shí)現(xiàn)建筑物模型、紋理的漸進(jìn)壓縮和漸進(jìn)傳輸?？蛻舳思虞d時(shí)主要根據(jù)視點(diǎn)與模型的距離,加載不同精細(xì)程度的模型,可以邊接收邊渲染不用等待。使用該技術(shù)可以大大降低對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求,并且使得不同分辨率模型之間切換更為平滑?；谔摂M系統(tǒng)的海量實(shí)時(shí)存儲(chǔ)礦山實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)主要包括人員實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù),以及通過秤體實(shí)時(shí)計(jì)算出的每時(shí)每刻的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。按照該文建設(shè)要求需要實(shí)時(shí)匯集存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)礦山原有人員定位系統(tǒng)和新增精確定位系統(tǒng)對(duì)接。這些數(shù)據(jù)典型特征是數(shù)量巨大但占用字節(jié)并不多,大小不超過200Byte,然而全省礦山同時(shí)提交數(shù)據(jù),使得每天的數(shù)據(jù)量達(dá)到上百萬(wàn)條。顯然如此巨大數(shù)量的報(bào)文是不適合用傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)的。因此該系統(tǒng)基于MongoDB架構(gòu),見圖3,開發(fā)了數(shù)據(jù)匯集服務(wù),較好地解決了海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高并發(fā)存儲(chǔ)瓶頸問題。MongoDB是一個(gè)可擴(kuò)展、高性能的數(shù)據(jù)庫(kù),它的主要特性有:模式自由,支持動(dòng)態(tài)查詢、完全索引;面向文檔存儲(chǔ),易存儲(chǔ)對(duì)象類型的數(shù)據(jù),包括文檔內(nèi)嵌對(duì)象及數(shù)組,支持二進(jìn)制數(shù)據(jù)及大型對(duì)象(如照片和視頻);支持復(fù)制和故障恢復(fù);支持水平的數(shù)據(jù)庫(kù)集群,可動(dòng)態(tài)添加服務(wù)器。MongoDB適合實(shí)時(shí)的插入、更新與查詢,并具備應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所需的復(fù)制及高度伸縮性。因此,礦山海量實(shí)時(shí)信息采用MongoDB作為文件級(jí)別的存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由兩部分組成:一部分是運(yùn)行在后臺(tái)采用MongoDB集群的終端位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分,由若干臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成;另一部分是基于Webservice數(shù)據(jù)讀寫接口,響應(yīng)各礦山終端數(shù)據(jù)查詢與寫入請(qǐng)求。將收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理,并將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的置換,將相關(guān)信息進(jìn)行匹配,并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)與清理。設(shè)置統(tǒng)一的格式對(duì)私有信息進(jìn)行處理,防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)異構(gòu)或者是互聯(lián)的情況,保證數(shù)據(jù)的類型以及編碼實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一目前礦山安裝的動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)z像頭是由多個(gè)生產(chǎn)廠家,包括宇視、海康、大華等生產(chǎn),無法用一個(gè)視頻插件看所有類型的攝像頭。該文遵循GB/T28181-2011標(biāo)準(zhǔn),聯(lián)合廠商共同開發(fā)視頻集成插件,建立了多源視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),統(tǒng)一進(jìn)行解碼,見圖4。通過將視頻碼流、用戶登錄訪問等數(shù)據(jù)所使用的不同端口封裝為一個(gè)端口(即所有客戶端與服務(wù)端之間的數(shù)據(jù)交換均通過一個(gè)端口訪問),服務(wù)端與客戶端之間運(yùn)用了雙向握手協(xié)議。通過建立監(jiān)控探頭空間庫(kù),將所有監(jiān)控探頭賦予空間位置,建立空間數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)監(jiān)控探頭,實(shí)現(xiàn)在地圖上的多源監(jiān)控探頭無縫集成。同時(shí)在數(shù)據(jù)、碼流傳輸過程中采用了加密技術(shù),從而保證內(nèi)外網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)連接的安全性,實(shí)現(xiàn)在地圖上的無縫集成監(jiān)控探頭,有效降低了互聯(lián)網(wǎng)對(duì)礦山業(yè)務(wù)網(wǎng)的干擾。礦能系統(tǒng)集成分析該文通過對(duì)礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、實(shí)時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù)等進(jìn)行深入挖掘分析,構(gòu)建了礦山產(chǎn)能預(yù)警分析模型、超層越界開采預(yù)警分析模型,并研發(fā)了數(shù)據(jù)分析模塊,有效解決了超出采礦許可證載明的坐標(biāo)控制范圍開采的行為、超出礦山設(shè)計(jì)產(chǎn)能開采的行為、基站位置滯后問題。例如超層越界開采預(yù)警分析模型:該文基于人員定位技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦山邊界和工作面基站人員信息,當(dāng)?shù)V工超出工作面基站范圍,且長(zhǎng)時(shí)間沒有被其他基站接收到,系統(tǒng)便自動(dòng)提示超層越界預(yù)警,并發(fā)送短信給當(dāng)?shù)氐V政管理人員,及時(shí)進(jìn)行實(shí)地核查并上報(bào)核查結(jié)果。間斷式監(jiān)管模式該文在全省率先利用科技手段構(gòu)建了地下開采礦山超層越界、超能力生產(chǎn)非間斷監(jiān)管模式,對(duì)全省礦山建設(shè)具有良好的示范帶動(dòng)作用,取得了巨大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。(1)全省首次建立了礦山開發(fā)“雙超”非間斷式監(jiān)管模式,該文將“地下采礦三維動(dòng)態(tài)監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)”試點(diǎn)成果推廣應(yīng)用到全省,綜合運(yùn)用地下采礦人員定位與自動(dòng)稱重系統(tǒng)等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)了海量三維數(shù)據(jù)建模和高效運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)和多源視頻監(jiān)控系統(tǒng)整合技術(shù),首次在全省范圍建立了地下礦山“雙超”(超層越界、超能力生產(chǎn))非間斷式監(jiān)管模式,為實(shí)現(xiàn)礦政管理模式的科技創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐。(2)首次建立了互聯(lián)互通的礦產(chǎn)資源開發(fā)網(wǎng)格化監(jiān)管體系,該文以礦山三維模型為空間載體,提出了智能礦山物聯(lián)網(wǎng)感知信息集成技術(shù),匯集全省礦山人員、產(chǎn)量、視頻等實(shí)時(shí)信息,建立礦山實(shí)時(shí)GIS時(shí)空數(shù)據(jù)模型,形成了以礦山系統(tǒng)集成、礦山智能感知為特征的智慧礦山體系;依托礦山大數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過對(duì)礦山實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取與分析動(dòng)態(tài)監(jiān)管礦山開采行為,智能監(jiān)控礦山超層越界和超能力開采等非法開采行為,建立了省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)和礦山四級(jí)互聯(lián)互通的網(wǎng)格化監(jiān)管體系,有效提升全省礦產(chǎn)資源監(jiān)管水平,有效保護(hù)和合理利用礦產(chǎn)資源。(3)該文完成了100個(gè)省屬地下開采礦山三維數(shù)據(jù)及系統(tǒng)集成接入,包括礦山三維模型建設(shè)、產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)改造和礦山系統(tǒng)集成接入三方面工作,同時(shí)積極整合接入市級(jí)礦產(chǎn)資源網(wǎng)格化監(jiān)管系統(tǒng),目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了和臨沂市、聊城市、濟(jì)南市、煙臺(tái)市、棗莊市、濰坊市、日照市、德州市等進(jìn)行集成對(duì)接。(4)該文以礦山三維模型為載體,集成礦山人員定位、視頻監(jiān)控、產(chǎn)量監(jiān)控和震源定位等系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)地下開采礦山的監(jiān)管;通過對(duì)重點(diǎn)露天礦山安裝視頻監(jiān)控和產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)對(duì)露天開采行為的監(jiān)管;通過對(duì)鹵水、礦泉水等液體礦山安裝產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體礦山開采行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);以全省地理信息數(shù)據(jù)為空間載體,采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)匯集礦山人員、產(chǎn)量、視頻等實(shí)時(shí)信息,建立了礦山實(shí)時(shí)GIS時(shí)空數(shù)據(jù)模型,逐步形成以礦山系統(tǒng)集成、礦山智能感知為特征的智慧礦山體系,增強(qiáng)了礦政管理部門的監(jiān)督管理水平、有效抑制非法違法開采行為。礦產(chǎn)資源網(wǎng)格化監(jiān)管系統(tǒng)不健全(1)針對(duì)全省礦產(chǎn)資源監(jiān)管要求,綜合采用視頻監(jiān)控、礦山三維仿真、產(chǎn)量監(jiān)控和人員定位等技術(shù),集成近年來開展