矿山地质环境管理综合应用系统

权利要求

1.矿山地质环境管理综合应用系统，其特征在于：所述综合应用系统包括基础支撑层、数据采集与处理层、数据管理和组织层、数据服务层以及数据应用层，所述基础支撑层包括传感器网络和云平台，所述传感器网络采用卫星、无人机以及多种传感器来支撑，所述云平台上包含有平台硬件资源以及平台软件系统，所述平台硬件资源以及平台软件系统相互结合来实现多种应用功能；

所述数据采集与处理层包括数据采集模块与数据处理模块，所述数据采集模块自动解译遥感影像，并监测传感器实时传回来的大数据，所述数据处理模块对于采集回来的数据进行整合、清洗和规范化，并将其输入数据管理和组织层；

所述数据管理和组织层将基础地图数据、遥感解译数据、灾害调查数据以及实时监测数据整合入矿山地质环境管理综合数据库；

所述数据服务层包括基础数据服务模块以及数据分析服务模块，来自于不同组织的用户依据权限对数据服务进行调用，并使用平台现有分析功能对数据进行统计分析；

所述数据应用层是用来实现应用系统的四种功能专题模块，包括地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山。

2.权利要求1所述的一种矿山地质环境管理综合应用系统的应用方法，其特征在于：所述地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山功能分别通过各自的途径实现：

（1）地质环境遥感监测功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：利用前期获取到的不同时空尺度的多源遥感影像，对典型地物和地质灾害进行人工识别，建立符合矿山地质环境监测的专题样本库；

②利用训练好的样本库对所监测矿区范围内的遥感影像进行基于人工智能AI的自动解译，自动提取出矿山地质灾害点的位置以及范围，并分图层自动录入坐标、面积等属性信息以及元数据信息；

③人工对自动识别结果进行复检，复检结果根据图层存储至对应年份、矿区、灾害类别的数据库中，并发布为要素服务；

④利用html+css+javascript开发出矿山地质环境监测WebGIS应用程序，在程序中利用数据加载功能，加载不同时期的遥感解译成果，再通过叠加分析功能，识别出地质灾害的变化范围，并自动统计出变化面积、生成变化范围；

⑤利用javascript的Swipe widget方法编写出的卷帘工具，对两个时期的遥感影像及解译成果进行对比，直观了解地质灾害的变化情况，或者利用javascript的Time sliderwidget方法编写出的时间滑块工具，对多个不同时期的遥感影像及解译成果，按照图层的时间属性建立时间轴，并按时间浏览，来了解地质灾害的变化趋势与走向；

（2）矿山地质环境调查功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：根据前期遥感解译成果，得到矿山地质灾害点图层，图层中每个地质灾害点都包含该灾害的基本属性信息，然后根据矿山地质灾害调查所需的属性字段，为图层增加调查字段并定义取值范围，将地质灾害点图层发布为专题要素服务；

②管理员登录矿山地质环境管理综合应用平台，将地质灾害点与影像底图、行政区划、路网数据、地表高程的数据叠加，根据调查难度和分布范围为每位外业调查人员下发调查任务，再将平台中的遥感影像、路网数据按需切片，制作成移动底图包；

③外业调查人员将基于android系统开发的移动端外业调查软件下载、安装至手机中，并下载移动底图包，接收管理员下发的外业调查任务；

④开展外业调查工作时，调查人员利用移动端外业调查软件的导航与定位功能，导航至灾害点附近，找到对应的地质灾害点，实地填写需要调查的属性信息，并拍摄地质灾害点现场照片，保存之后将调查结果在线发送至云平台之上，平台会自动对数据进行分类，存储至对应的专题数据库中；

⑤管理员通过平台对外业调查成果进行审核，不合格的数据及时通知外业调查人员修改、补充；

（3）地质环境实时监测预警功能的实现，包括如下步骤：

①首先根据遥感解译成果和外业实际调查成果，确定出需要重点监测的地质灾害隐患点，根据不同地质灾害类型和所需要采集的数据种类，在实地架设传感器；

②通过多种传感器的搭建，形成覆盖整个矿山地质灾害重点的地质灾害监测传感器网，传感器网24小时不间断的将监测数据通过GPRS、北斗卫星、移动数据网络的通信方式传输到平台地质环境监测预警模块中，平台自动接收数据并存储于对应的实时数据库中；

③与此同时，平台监测预警模块对监测数据进行自动统计分析，采用专业预警模型，计算出地质灾害的形变量、形变速率并预估变化趋势，如果变化量超出预警模型中预设的阈值，则发出地质灾害预警；平台监测界面弹出警告信息，同时发送灾害预警短信至预设手机中；

（4）绿色矿山功能的实现，包括如下步骤：

①建立三维场景，通过平台自带的三维场景功能，选择对应的矢量或栅格图层做底图，地上叠加倾斜摄影模型以及BIM数据，直观还原煤矿地上区域的真实场景；

②将收集来的煤矿钻孔数据进行整理，利用C/S端数据处理软件，对钻孔数据进行拉伸，生成钻孔柱状图，再进行插值计算，模拟出该区域地质体的形状及走势，经过人工精修之后将地质体模型叠加至三维场景之中；

③利用煤矿生产专题数据，在地质体模型中开挖出巷道、采空区，放置井下仪器设备三维模型，模拟煤矿生产的真实情况；

④在平台中集成绿色矿山标准，对应建成的三维场景直观地反映出地下地层、煤层、采空区、水、气之间的地质关系。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山地质环境调查领域，具体为矿山地质环境管理综合应用系统。

背景技术

目前矿山地质环境管理方式，大体分为两种，一种是采用人员野外普查的方式，利用手持GPS定位，手机拍摄现场照片，得到大量分散的数据资料，经人工整理后，利用现有GIS软件进行绘图并打印展示，图件及资料均为纸质由专人管理，该方式存在数据采集费时费力精度低，调查结果整理工作量大，专题图绘制操作复杂，数据成果展示方式单一，不易长期保存等问题。

另一种方式是开发基于C/S（客户端/服务器）结构的专用地理信息系统软件，软件包含桌面端应用及数据库两部分，整理好的数据可以分类入库，便于数据的长期保存和管理，定制化桌面端软件的操作界面和系统功能，能简化矿山地质环境数据的绘制成图与数据管理工作。但数据采集与整理的工作量并没有减轻，同时C/S结构的软件需要在计算机上安装后才能使用，这就对计算机的操作系统、硬件配置等方面提出了要求，软件更新需要逐台计算机升级。最终的数据成果也仅能在安装有桌面端软件的计算机上展示。

综上所述，目前的矿山地质环境管理应用方式，存在数据采集、统计、管理、成图展示方面的问题且功能分散，系统集成度低。同时随着计算机网络、移动通信（5G）和地理信息技术的发展，提出了对地质灾害的安全隐患点进行实时监测预警、对矿山地质灾害情况动态展示以及辅助绿色矿山建设的需求，传统的矿山地质环境管理方式均无法实现。因此需要提出一种对矿山地质环境进行综合管理的系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中矿山地质环境管理的上述多种问题，提供了一种矿山地质环境管理综合应用系统。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种矿山地质环境管理综合应用系统，所述综合应用系统包括基础支撑层、数据采集与处理层、数据管理和组织层、数据服务层以及数据应用层，所述基础支撑层包括传感器网络和云平台，所述传感器网络采用卫星、无人机以及多种传感器来支撑，所述云平台上包含有平台硬件资源以及平台软件系统，所述平台硬件资源以及平台软件系统相互结合来实现多种应用功能。所述数据采集与处理层包括数据采集模块与数据处理模块，所述数据采集模块自动解译遥感影像，并监测传感器实时传回来的大数据，所述数据处理模块对于采集回来的数据进行整合、清洗和规范化，并将其输入数据管理和组织层。所述数据管理和组织层将基础地图数据、遥感解译数据、灾害调查数据以及实时监测数据整合入矿山地质环境管理综合数据库。所述数据服务层包括基础数据服务模块以及数据分析服务模块，来自于不同组织的用户依据权限对数据服务进行调用，并使用平台现有分析功能对数据进行统计分析。所述数据应用层是用来实现应用系统的四种功能专题模块，包括地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山。

本发明所提出的一种矿山地质环境管理综合应用系统，该系统为基于B/S（浏览器/服务器）结构的网络地理信息系统，用户可以直接通过电脑浏览器或者手机进行访问；平台整合了矿山地质环境管理全流程的各项功能，从地质灾害遥感解译、数据采集、标准化入库、灾害监测预警、服务发布、数据在线展示、辅助决策均可以通过该系统完成，主要是为了实现地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山这四个功能，这四个功能是通过基础支撑层、数据采集与处理层、数据管理和组织层、数据服务层以及数据应用层这五个层级来实现的。基础支撑层起到数据采集和基本软硬件支撑的作用，包括基础测绘数据、遥感影像数据、专题数据等基础数据，也包括计算机、服务器、磁盘阵列、移动设备等硬件资源，各基础设施通过网络互联，对数据进行访问、调用，归结为包括传感器网络和云平台，传感器网络采用卫星、无人机以及多种传感器，用来采集数据，云平台上包含有平台硬件资源以及平台软件系统，平台硬件资源与平台软件系统相互结合来实现多种应用功能。数据采集与处理层包括数据采集模块与数据处理模块，数据采集与处理层，采集模块主要是遥感影像自动解译和传感器实施大数据监测，处理模块则是将采集到的各类数据进行标准化整理，将数据按统一的数据标准进行存储和使用，并将其输入至数据管理和组织层，而数据管理和组织层将基础地图数据、遥感解译数据、灾害调查数据以及实时监测数据整合入矿山地质环境管理综合数据库，通过数据服务层的基础数据服务模块与数据分析服务模块，来自于不同组织的用户可以依据权限对数据服务进行调用，并可以使用平台现有分析功能对数据进行统计分析。数据应用层是用来实现应用系统的多种功能，包括地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山，而这多个功能的实现分别通过各自不同的流程来实现，具体如下：

（1）地质环境遥感监测功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：利用前期获取到的不同时空尺度的多源遥感影像，对典型地物和地质灾害进行人工识别，建立符合矿山地质环境监测的专题样本库；

②利用训练好的样本库对所监测矿区范围内的遥感影像进行基于人工智能AI的自动解译，自动提取出矿山地质灾害点的位置以及范围，并分图层自动录入坐标、面积属性信息以及元数据信息；

③人工对自动识别结果进行复检，复检结果根据图层存储至对应年份、矿区、灾害类别的数据库中，并发布为要素服务；

④利用html+css+javascript开发出矿山地质环境监测WebGIS应用程序，在程序中利用数据加载功能，加载不同时期的遥感解译成果，再通过叠加分析功能，识别出地质灾害的变化范围，并自动统计出变化面积、生成变化范围；

⑤利用javascript的Swipe widget方法编写出的卷帘工具，对两个时期的遥感影像及解译成果进行对比，直观了解地质灾害的变化情况，或者利用javascript的Time sliderwidget方法编写出的时间滑块工具，对多个不同时期的遥感影像及解译成果，按照图层的时间属性建立时间轴，并按时间浏览，来了解地质灾害的变化趋势与走向。

平台地质环境监测功能，利用各类传感器将采集到的地质环境数据实时显示在平台中，并实时进行统计分析，采用专业预警模型，对地质灾害进行预警，改变原有人工日常监测的方式，对地质灾害重点地区24小时不间断监测，及时发现细小变化，提前进行预警。

（2）矿山地质环境调查功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：根据前期遥感解译成果，得到矿山地质灾害点图层，图层中每个地质灾害点都包含的灾害类别、坐标、面积、解译年份、归属等基本属性信息，然后根据矿山地质灾害调查所需的属性字段，为图层增加调查字段并定义取值范围，将地质灾害点图层发布为专题要素服务；

②管理员登录矿山地质环境管理综合应用平台，将地质灾害点与影像底图、行政区划、路网数据、地表高程的数据叠加，根据调查难度和分布范围为每位外业调查人员下发调查任务，再将平台中的遥感影像、路网数据按需切片，制作成移动底图包；

③外业调查人员将基于android系统开发的移动端外业调查软件下载、安装至手机中，并下载移动底图包，接收管理员下发的外业调查任务；

④开展外业调查工作时，调查人员利用移动端外业调查软件的导航与定位功能，导航至灾害点附近，找到对应的地质灾害点，实地填写需要调查的属性信息，并拍摄地质灾害点现场照片，保存之后将调查结果在线发送至云平台之上，平台会自动对数据进行分类，存储至对应的专题数据库中；

⑤管理员通过平台对外业调查成果进行审核，不合格的数据及时通知外业调查人员修改、补充。

平台地质环境调查功能，通过遥感影像前期识别与移动外业调查App辅助调查相结合的方式，可以避免传统方法大量安排外业人员到野外普查费时费力、调查内容遗漏的情况，让野外调查更有针对性。利用外业调查App可以简化外业人员的工作流程，提高调查速度,同时按规定字段调查填写属性值也能够便于数据整理以及分类入库。

（3）地质环境实时监测预警功能的实现，包括如下步骤：

①首先根据遥感解译成果和外业实际调查成果，确定出需要重点监测的地质灾害隐患点，根据不同地质灾害类型和所需要采集的数据种类，在实地架设传感器，例如，针对地裂缝，可以架设一体化裂缝监测站，可对裂缝的空间位移进行智能采集；针对滑坡，可以架设边坡监测雷达系统，该系统采用地基重轨干涉SAR技术，实现高精度形变测量；

②通过多种传感器的搭建，形成覆盖整个矿山地质灾害重点的地质灾害监测传感器网，传感器网24小时不间断的将监测数据通过GPRS、北斗卫星、移动数据网络等通信方式传输到平台地质环境监测预警模块中，平台自动接收数据并存储于对应的实时数据库中；

③与此同时，平台监测预警模块对监测数据进行自动统计分析，采用专业预警模型，计算出地质灾害的形变量、形变速率并预估变化趋势，如果变化量超出预警模型中预设的阈值，则发出地质灾害预警；平台监测界面弹出警告信息，同时发送灾害预警短信至预设手机中。

（4）绿色矿山功能的实现，包括如下步骤：

①建立三维场景，通过平台自带的三维场景功能，选择对应的矢量或栅格图层做底图，地上叠加倾斜摄影模型以及BIM数据，直观还原煤矿地上区域的真实场景；

②将收集来的煤矿钻孔数据进行整理，利用C/S端数据处理软件，对钻孔数据进行拉伸，生成钻孔柱状图，再进行插值计算，模拟出该区域地质体的形状及走势，经过人工精修之后将地质体模型叠加至三维场景之中；

③利用煤矿生产专题数据，在地质体模型中开挖出巷道、采空区等，放置井下仪器设备三维模型，模拟煤矿生产的真实情况；

④在平台中集成绿色矿山标准，对应建成的三维场景直观地反映出地下地层、煤层、采空区、水、气之间的地质关系。

绿色矿山功能之所以被称为“绿色矿山”，是因为其不仅从环保出发，还可以直观地反映出地下地层、煤层、采空区、水、气之间的地质关系，更好了解矿山地质灾害的成因，为绿色矿山的建设提供参考依据与规划基础，在煤矿的生产建设的同时，形成符合生态文明建设要求的矿业发展新模式。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种矿山地质环境管理综合应用系统，整合了矿山地质环境管理全流程的各项功能，从地质灾害遥感解译、数据采集、标准化入库、服务发布、灾害监测预警、数据在线展示、辅助决策均可以通过平台完成，提高了矿山地质环境综合管理的效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为地质环境遥感监测功能的实现的流程图。

图3为矿山地质环境调查功能的实现的流程图。

图4为地质环境实时监测预警功能的实现的流程图。

图5为绿色矿山功能的实现的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种矿山地质环境管理综合应用系统，所述综合应用系统包括基础支撑层、数据采集与处理层、数据管理和组织层、数据服务层以及数据应用层，所述基础支撑层包括传感器网络和云平台，所述传感器网络采用卫星、无人机以及多种传感器来支撑，所述云平台上包含有平台硬件资源以及平台软件系统，所述平台硬件资源以及平台软件系统相互结合来实现多种应用功能。所述数据采集与处理层包括数据采集模块与数据处理模块，所述数据采集模块自动解译遥感影像，并监测传感器实时传回来的大数据，所述数据处理模块对于采集回来的数据进行整合、清洗和规范化，并将其输入数据管理和组织层。所述数据管理和组织层将基础地图数据、遥感解译数据、灾害调查数据以及实时监测数据整合入矿山地质环境管理综合数据库。所述数据服务层包括基础数据服务模块以及数据分析服务模块，来自于不同组织的用户依据权限对数据服务进行调用，并使用平台现有分析功能对数据进行统计分析。所述数据应用层是用来实现应用系统的四种功能专题模块，包括地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山。

地质环境遥感监测、矿山地质环境调查、地质环境实时监测预警及绿色矿山，而这多个功能的实现分别通过各自不同的流程来实现，具体如下：

（1）地质环境遥感监测功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：利用前期获取到的不同时空尺度的多源遥感影像，对典型地物和地质灾害进行人工识别，建立符合矿山地质环境监测的专题样本库；

②利用训练好的样本库对所监测矿区范围内的遥感影像进行基于人工智能AI的自动解译，自动提取出矿山地质灾害点的位置以及范围，并分图层自动录入坐标、面积属性信息以及元数据信息；

③人工对自动识别结果进行复检，复检结果根据图层存储至对应年份、矿区、灾害类别的数据库中，并发布为要素服务；

④利用html+css+javascript开发出矿山地质环境监测WebGIS应用程序，在程序中利用数据加载功能，加载不同时期的遥感解译成果，再通过叠加分析功能，识别出地质灾害的变化范围，并自动统计出变化面积、生成变化范围；

⑤利用javascript的Swipe widget方法编写出的卷帘工具，对两个时期的遥感影像及解译成果进行对比，直观了解地质灾害的变化情况，或者利用javascript的Time sliderwidget方法编写出的时间滑块工具，对多个不同时期的遥感影像及解译成果，按照图层的时间属性建立时间轴，并按时间浏览，来了解地质灾害的变化趋势与走向。

（2）矿山地质环境调查功能的实现，包括如下步骤：

①前期准备工作：根据前期遥感解译成果，得到矿山地质灾害点图层，图层中每个地质灾害点都包含的灾害类别、坐标、面积、解译年份、归属等基本属性信息，然后根据矿山地质灾害调查所需的属性字段，为图层增加调查字段并定义取值范围，将地质灾害点图层发布为专题要素服务；

②管理员登录矿山地质环境管理综合应用平台，将地质灾害点与影像底图、行政区划、路网数据、地表高程的数据叠加，根据调查难度和分布范围为每位外业调查人员下发调查任务，再将平台中的遥感影像、路网数据按需切片，制作成移动底图包；

③外业调查人员将基于android系统开发的移动端外业调查软件下载、安装至手机中，并下载移动底图包，接收管理员下发的外业调查任务；

④开展外业调查工作时，调查人员利用移动端外业调查软件的导航与定位功能，导航至灾害点附近，找到对应的地质灾害点，实地填写需要调查的属性信息，并拍摄地质灾害点现场照片，保存之后将调查结果在线发送至云平台之上，平台会自动对数据进行分类，存储至对应的专题数据库中；

⑤管理员通过平台对外业调查成果进行审核，不合格的数据及时通知外业调查人员修改、补充。

（3）地质环境实时监测预警功能的实现，包括如下步骤：

①首先根据遥感解译成果和外业实际调查成果，确定出需要重点监测的地质灾害隐患点，根据不同地质灾害类型和所需要采集的数据种类，在实地架设传感器，例如，针对地裂缝，可以架设一体化裂缝监测站，可对裂缝的空间位移进行智能采集；针对滑坡，可以架设边坡监测雷达系统，该系统采用地基重轨干涉SAR技术，实现高精度形变测量；

②通过多种传感器的搭建，形成覆盖整个矿山地质灾害重点的地质灾害监测传感器网，传感器网24小时不间断的将监测数据通过GPRS、北斗卫星、移动数据网络等通信方式传输到平台地质环境监测预警模块中，平台自动接收数据并存储于对应的实时数据库中；

③与此同时，平台监测预警模块对监测数据进行自动统计分析，采用专业预警模型，计算出地质灾害的形变量、形变速率并预估变化趋势，如果变化量超出预警模型中预设的阈值，则发出地质灾害预警；平台监测界面弹出警告信息，同时发送灾害预警短信至预设手机中。

（4）绿色矿山功能的实现，包括如下步骤：

①建立三维场景，通过平台自带的三维场景功能，选择对应的矢量或栅格图层做底图，地上叠加倾斜摄影模型以及BIM数据，直观还原煤矿地上区域的真实场景；

②将收集来的煤矿钻孔数据进行整理，利用C/S端数据处理软件，对钻孔数据进行拉伸，生成钻孔柱状图，再进行插值计算，模拟出该区域地质体的形状及走势，经过人工精修之后将地质体模型叠加至三维场景之中；

③利用煤矿生产专题数据，在地质体模型中开挖出巷道、采空区等，放置井下仪器设备三维模型，模拟煤矿生产的真实情况；

④在平台中集成绿色矿山标准，对应建成的三维场景直观地反映出地下地层、煤层、采空区、水、气之间的地质关系。

上述多个功能均通过软件编程以及数据库的支持来实现。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。