楊坤朋

（1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊），山東 兗州 272100；2.自然資源部采煤沉陷區(qū)綜合治理工程技術(shù)創(chuàng)新中心，山東 兗州 272100；3.山東省大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，山東 兗州 272100）

采煤塌陷地是由煤炭礦物的井工開采引起巖層和地面下沉而導致的土地塌陷區(qū)域[1]。采煤塌陷地的產(chǎn)生直接影響著人民群眾生活和生產(chǎn)的發(fā)展，嚴重地制約國民經(jīng)濟和社會事業(yè)長遠規(guī)劃的實現(xiàn)[2]，因此需要通過采煤塌陷地治理，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的恢復或改善。從全國來看，各省份對采煤塌陷地的管理和治理要求雖然存在一定的操作和指標層面的差異，但從總體要求上均將采煤塌陷地治理作為生態(tài)文明建設(shè)的重要組成內(nèi)容之一。

在采煤塌陷地產(chǎn)生和治理認定統(tǒng)計上，由于采煤塌陷地長期歷史形成、煤礦企業(yè)改制主體責任轉(zhuǎn)移、企業(yè)采煤塌陷地委托地方政府治理等原因，導致地方政府與煤礦企業(yè)之間存在一定的信息統(tǒng)計口徑差別，統(tǒng)計出的采煤塌陷地和治理面積數(shù)值不一致，不利于采煤塌陷地治理主體責任的落實和考核。煤礦企業(yè)在日常采煤塌陷地信息管理工作中，通常采用數(shù)字表格臺賬的方式進行管理，缺少必要的空間地理位置信息，導致在采煤塌陷地范圍邊界、實施治理范圍邊界的劃定與動態(tài)管理上不精準，實施操作不直觀，無法滿足新形勢下采煤塌陷地管理和治理要求，因此迫切需要探索出一種采煤塌陷地信息管理的解決方案。

2020 年10 月，兗礦能源集團股份有限公司啟動建設(shè)兗礦能源采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)項目，對位于濟寧市域范圍內(nèi)的7 個所屬煤礦采煤塌陷地數(shù)據(jù)進行全面收集、整理、建庫，并結(jié)合地方政府監(jiān)測和統(tǒng)計的采煤塌陷地數(shù)據(jù)，形成具有空間地理位置的采煤塌陷地信息管理數(shù)據(jù)庫，以此為基礎(chǔ)搭建采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)，面向集團公司和所屬煤礦提供采煤塌陷地數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)。

該文以兗礦能源采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)項目為例，基于地理信息數(shù)據(jù)建庫和WebGIS 等主流技術(shù)，面向煤礦企業(yè)用戶需求，提出采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)技術(shù)框架設(shè)計與實現(xiàn)方法，通過對地方政府和煤礦企業(yè)采煤塌陷地信息梳理和分析，建立形成統(tǒng)一空間數(shù)學基礎(chǔ)的采煤塌陷地數(shù)據(jù)建庫工藝流程，并通過明確不同統(tǒng)計口徑下塌陷地范圍邊界、治理責任范圍邊界和已實施治理范圍邊界，以及對煤礦企業(yè)采煤塌陷地產(chǎn)生、治理業(yè)務(wù)管理流程梳理和再造，實現(xiàn)煤礦企業(yè)采煤塌陷地信息在線管理、帶圖管理、協(xié)同管理和存檔管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 建設(shè)目標

通過采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)設(shè)計與實踐，明確地方政府和煤礦企業(yè)兩種統(tǒng)計口徑的采煤塌陷地范圍邊界、治理責任范圍邊界和已實施治理范圍邊界，形成采煤塌陷地信息管理數(shù)據(jù)庫；規(guī)范煤礦企業(yè)采煤塌陷地產(chǎn)生、治理信息錄入內(nèi)容和格式，設(shè)定各階段時間（包括形成時間、穩(wěn)沉時間、實施治理時間、費用支付時間、完成認定時間）錄入要求，實現(xiàn)采煤塌陷地信息的電子化、流程化管理；建立采煤塌陷地信息統(tǒng)計模型，對采煤塌陷地及治理指標數(shù)據(jù)進行分析研判，識別發(fā)現(xiàn)并定位地方政府和煤礦企業(yè)統(tǒng)計口徑差異位置，為煤礦企業(yè)領(lǐng)導決策提供數(shù)據(jù)支撐；構(gòu)建采煤塌陷地一張圖管理新模式，以國家天地圖最新電子地圖、遙感地圖數(shù)據(jù)為GIS基礎(chǔ)底圖，疊加采煤塌陷地多要素數(shù)據(jù)圖層信息，實現(xiàn)采煤塌陷地帶圖管理和野外移動地圖便攜應(yīng)用，以提高煤礦企業(yè)采煤塌陷地管理工作效率。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)涉及多個功能模塊組成，各模塊之間技術(shù)特點和職責存在較大的差異，為此系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)采用MVC 架構(gòu)模式和SOA 面向服務(wù)架構(gòu)設(shè)計，并運用Web Service 技術(shù)實現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)的交互和展示[3]。本系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器采用CentOS 7.4 為操作系統(tǒng)，GIS 地圖服務(wù)器采用Windows Server 2016 為操作系統(tǒng)，采用MySQL5.6 作為數(shù)據(jù)庫管理軟件，采用Spring Boot + VUE 組合框架前后端分離開發(fā)[4]，采用GeoServer 2.8 為地圖發(fā)布引擎，采用國家天地圖最新電子地圖、影像地圖為GIS 基礎(chǔ)底圖，地圖服務(wù)采用OpenLayersAPI 開發(fā)。系統(tǒng)按照“五橫兩縱”架構(gòu)設(shè)計，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1）信息感知層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，主要通過人工測量的方式獲取測繪數(shù)據(jù)信息，并留有接口，支持接入無人機、衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、監(jiān)控攝像頭等其他方式獲取的數(shù)據(jù)信息。

2）基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)的運行基礎(chǔ)，包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容組成，支持云服務(wù)器部署。

3）數(shù)據(jù)資源層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，包括地圖要素數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫。其中地圖要素數(shù)據(jù)庫主要通過采煤塌陷地原始檔案資料的分析、整理、處理、實地核對、檢查，形成統(tǒng)一的采煤塌陷地圖層。

4）平臺支撐層是系統(tǒng)的底層支撐，提供GIS地圖引擎、物聯(lián)網(wǎng)管理、表單管理、流程管理等基礎(chǔ)支撐。

5）業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)的用戶應(yīng)用，包括大數(shù)據(jù)分析、一張圖應(yīng)用、信息管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、移動端應(yīng)用和運維管理等六個模塊，按16:9 界面比例設(shè)計，支持基于大屏幕、PC 端及移動端設(shè)備訪問。

6）系統(tǒng)遵循統(tǒng)一的標準規(guī)范、工作機制、保障措施、安全防護、保密機制和運行維護等要求。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括地圖要素數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)。地圖要素數(shù)據(jù)包括煤礦范圍、采空區(qū)范圍、地方政府采煤塌陷地監(jiān)測范圍、煤礦企業(yè)采煤塌陷地實測范圍、地方政府采煤塌陷地監(jiān)測穩(wěn)沉范圍、煤礦企業(yè)采煤塌陷地治理責任范圍、地方政府采煤塌陷地治理項目范圍等，以及市縣行政區(qū)劃邊界、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、30 mDEM 數(shù)據(jù)和固定點720°全景影像數(shù)據(jù)等。具體工作流程如圖2 所示。業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)包括煤礦企業(yè)委托治理、青苗補償、舊村址征用、采煤塌陷地治理等項目的基本信息、地塊信息、項目過程資料檔案和費用信息，以及其他業(yè)務(wù)管理統(tǒng)計數(shù)據(jù)、申報審核流程數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、權(quán)限數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運行監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

圖2 地圖要素數(shù)據(jù)建庫工作流程

根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點和系統(tǒng)調(diào)用方式，地圖要素數(shù)據(jù)以SHP（ShapeFile）格式、TIF 格式、ArcGIS切片數(shù)據(jù)格式等文件存儲為主，利用GeoServer2.8進行地圖服務(wù)發(fā)布；業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)中的項目信息、用戶信息等關(guān)系型數(shù)據(jù)采用甲骨文公司MySQL5.6關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲與管理，視頻、圖片、檔案資料等非關(guān)系型數(shù)據(jù)采用文件數(shù)據(jù)庫存儲。

1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)主要包括大數(shù)據(jù)分析、一張圖應(yīng)用、信息管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、移動端應(yīng)用和運維管理共六個功能模塊。主要功能模塊結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計示意圖

1.5 網(wǎng)絡(luò)運行架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)運行在煤礦企業(yè)內(nèi)部辦公網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)邊界安全協(xié)議，允許內(nèi)部辦公網(wǎng)絡(luò)單向訪問運行在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的國家天地圖數(shù)據(jù)資源和開發(fā)鏡像庫資源，并利用防火墻VPN 方式，支持移動端應(yīng)用系統(tǒng)訪問辦公內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)運行架構(gòu)示意如圖4 所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)運行架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 MVC 架構(gòu)技術(shù)

一種軟件設(shè)計典范，用一種業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個部件里面，在界面和用戶圍繞數(shù)據(jù)的交互被改進和個性化定制而不需要重新編寫業(yè)務(wù)邏輯，有效提高本系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)搭建和代碼復用率[5]。系統(tǒng)采用MVC 架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)前后端開發(fā)與集成。

2.1.2 Spring Boot+Vue 組合框架技術(shù)

Spring 框架是Java 平臺上的一種開源應(yīng)用框架，提供具有控制反轉(zhuǎn)特性的容器，為開發(fā)者提供快速搭建的后臺服務(wù)框架。Spring Boot 基于Spring4.0設(shè)計，提供開發(fā)者簡化的Spring 應(yīng)用初始搭建以及開發(fā)過程，便于開發(fā)人員定義樣板化框架配置，Vue 是一套用于構(gòu)建用戶界面的漸進式JavaScript框架，為開發(fā)者提供簡便易開發(fā)的前端開發(fā)基礎(chǔ)[6]。系統(tǒng)采用兩種框架的組合，能夠適應(yīng)輕量級系統(tǒng)程序快速搭建開發(fā)的需要，提供強大功能和技術(shù)支持的同時，為開發(fā)者提供更加簡易的開發(fā)模式。

2.1.3 OpenLayersAPI 技術(shù)

為開發(fā)者免費提供一套地圖開發(fā)應(yīng)用接口，提供開發(fā)WebGIS 客戶端的JavaScript 包，支持Open GIS 協(xié)會制定的WMS（Web Mapping Service）和WFS（Web Feature Service）等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)規(guī)范[7]。

2.1.4 MySQL 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

具有體積小、速度快、總體擁有成本低的特點，面向開發(fā)者提供開放的源碼，實現(xiàn)采煤塌陷地數(shù)據(jù)的高效存取和管理。

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1 大數(shù)據(jù)分析

利用大數(shù)據(jù)分析的思路與方法，圍繞采煤塌陷地產(chǎn)生與治理，形成包括采煤塌陷地現(xiàn)狀、項目治理現(xiàn)狀、協(xié)議治理現(xiàn)狀、采煤塌陷穩(wěn)沉現(xiàn)狀、塌陷地治理目標以及目標完成情況統(tǒng)計等數(shù)據(jù)分析結(jié)果。采用科技風格進行分析結(jié)果展示，按照九宮格模式進行實現(xiàn)，中間區(qū)域以地圖為主顯示內(nèi)容，通過位置和動態(tài)線表達公司與各礦區(qū)關(guān)系，其他區(qū)域主要為信息展示板塊，包括總體情況、治理目標、利用方式、塌陷現(xiàn)狀、實際治理、資金撥付情況、資金趨勢分析、項目治理及縣區(qū)統(tǒng)計等九個主要板塊。支持按企業(yè)、縣區(qū)、礦區(qū)維度進行數(shù)據(jù)展示。

2.2.2 一張圖應(yīng)用

基于GIS 地圖，疊加礦區(qū)范圍、開采區(qū)范圍、采煤塌陷地范圍、治理范圍等專題圖層，形成采煤塌陷地信息一張圖，通過圖、屬關(guān)聯(lián)和分析，實現(xiàn)采煤塌陷地信息帶圖管理。具體實現(xiàn)功能包括地圖瀏覽、圖層目錄、地圖工具（包括信息查詢、圖層順序管理、放大、縮小、復位、距離量測、面積量測、清理、分屏、卷簾、標記、出圖）、區(qū)域定位、底圖切換等基礎(chǔ)的地圖操作功能，以及根據(jù)采煤塌陷地信息管理需要，實現(xiàn)專題查詢功能（包括采礦權(quán)、塌陷地、舊村址、青苗補償、委托治理等查詢功能）、地圖分析功能（包括空間查詢、區(qū)域分析、礦區(qū)分析、坐標分析、拾取分析、疊加分析、狀態(tài)分析等分析功能）、VR 全境功能和地圖標注拍照功能（展示移動端地圖野外實地標注位置及拍攝的現(xiàn)場照片）。

2.2.3 信息管理

信息管理包括信息總覽、工作臺、信息管理三類功能。其中，信息總覽對采煤塌陷地信息進行匯總顯示，具備信息查詢、應(yīng)用訪問和關(guān)鍵指標查詢功能；工作臺主要實現(xiàn)日常工作信息發(fā)布、任務(wù)下發(fā)、事項辦理及通知公告發(fā)布等功能；信息管理主要針對塌陷地信息流程化審批管理，包括采煤塌陷地信息審批管理、協(xié)議審批管理、治理項目審批管理等，具備信息表單填報、流程環(huán)節(jié)審批、審批意見表單打印等功能。

2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

提供采煤塌陷地工作報表、采煤塌陷地歸檔信息、地方政府和煤礦企業(yè)口徑數(shù)據(jù)對比分析等多維度查詢與統(tǒng)計功能。月度匯總統(tǒng)計功能，按照煤炭企業(yè)采煤塌陷地綜合治理月度統(tǒng)計表格式，按月進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計；總體情況統(tǒng)計功能，按照縣區(qū)級行政區(qū)劃維度，對采煤塌陷地數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；專題信息統(tǒng)計功能，分為常年積水情況統(tǒng)計、季節(jié)積水情況統(tǒng)計、治理項目統(tǒng)計等。

2.2.5 移動端應(yīng)用

移動端應(yīng)用是一張圖應(yīng)用的移動端應(yīng)用，兩者保持數(shù)據(jù)的實時同步，基于安卓操作系統(tǒng)、鴻蒙操作系統(tǒng)和移動端操作使用方式，實現(xiàn)GIS 地圖實時位置定位、采煤塌陷地信息查詢、空間分析、標注、涂鴉、位置定位、拍照等功能。

3 實施效果

基于采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)技術(shù)框架，在兗礦能源采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)項目中進行了初步應(yīng)用。主要應(yīng)用工作包括：

1）基于2000 國家大地坐標系，收集整理了濟寧市7 處煤礦以往采煤塌陷地檔案資料，結(jié)合地方政府采煤塌陷地監(jiān)測數(shù)據(jù)，明確了采煤塌陷地范圍邊界、協(xié)議范圍邊界、治理范圍邊界等位置信息，通過掛接描述信息，建立形成采煤塌陷地信息管理數(shù)據(jù)庫。

2）按照采煤塌陷地信息管理需求，規(guī)范了采煤塌陷地信息表單內(nèi)容，建立了采煤塌陷地電子資料檔案在線管理流程。

3）通過對歷史采煤塌陷地數(shù)據(jù)進行鎖定，并建立采煤塌陷地形成與治理趨勢分析模型，研制了采煤塌陷地大數(shù)據(jù)分析研判功能，支撐采煤塌陷地管理和治理工作。

4）基于WebGIS 技術(shù)建設(shè)采煤塌陷地一張圖應(yīng)用，研制了采煤塌陷地圖層要素疊加顯示，精準定位地圖位置，一鍵自動查詢分析不同圖層、不同地塊間數(shù)據(jù)差異等應(yīng)用功能，實現(xiàn)采煤塌陷地帶圖管理。

5）梳理并設(shè)計了線上采煤塌陷地協(xié)議申報審批、治理項目申報審批、項目任務(wù)實施反饋等工作流程，實現(xiàn)了對采煤塌陷地從形成到治理的全過程跟蹤監(jiān)督和協(xié)同管理，對推進采煤塌陷地治理工作、督導考核各煤礦采煤塌陷地治理情況和降低企業(yè)費用支出提供技術(shù)支撐。

6）利用移動互聯(lián)網(wǎng)，搭建了移動端一張圖應(yīng)用，實現(xiàn)了移動端與電腦端的信息聯(lián)動，助力最后一千米采煤塌陷地管理和治理工作。

綜上所述，從兗礦能源采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)項目應(yīng)用情況看，初步達到了預期建設(shè)目標。

4 結(jié)語

利用信息化手段，開展采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)建設(shè)，是新形勢下煤礦企業(yè)采煤塌陷地管理和治理工作的必然要求，是解決采煤塌陷地信息統(tǒng)計不準確、缺少空間位置關(guān)聯(lián)等問題的重要工作舉措之一。該文提出的采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)技術(shù)框架，在兗礦能源采煤塌陷地信息管理系統(tǒng)項目中進行了初步應(yīng)用和驗證，能夠滿足當前煤礦企業(yè)采煤塌陷地信息管理需求，有效解決采煤塌陷地管理中范圍界限不清、數(shù)據(jù)統(tǒng)計不明、檔案管理不實等實際問題，為煤礦企業(yè)采煤塌陷地信息管理從報表管理到采用信息化手段帶圖管理的轉(zhuǎn)變提供了一種借鑒和參考。考慮到煤礦企業(yè)采煤塌陷地信息管理業(yè)務(wù)面廣、涉及工作環(huán)節(jié)多的特點，該文提出的架構(gòu)思路及技術(shù)路線，目前主要適用于煤礦企業(yè)采煤塌陷地邊界范圍、治理責任范圍邊界和已實施治理范圍邊界等信息的管理，如何面向更廣業(yè)務(wù)范圍的采煤塌陷地信息管理，還需要進一步開展采煤塌陷地監(jiān)測、預警、治理等信息管理研究。