新疆煤田火灾监测监控系统的设计

摘要：本文阐述了新疆煤田火灾治理的现状，论述了建立新疆煤田火区监测监控系统的必要性。根据煤田火灾的治理实际，设计并详细叙述了新疆煤田火灾监测监控系统和功能。在此基础上叙述了平台建立需要数据、数据种类，并对几类数据进行了属性字段的设计。同时介绍了借助GIS技术和开发平台实现各个功能。

关键词：煤田火灾；监测监控；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

新疆的煤炭资源十分丰富，预测资源量2.19万亿吨，占全国煤炭资源量的34.46%，新疆煤种齐全，开采条件好，赋存稳定，埋藏浅，是国家重要的煤炭开发与储备基地[1]。但与此同时，新疆的煤田火灾也极为严重，根据最新煤田火区普查结果显示，新疆现有在燃煤田火区46处[2]。煤炭自燃造成大量的资源损失，大规模的温室气体排放，严重污染大气环境，威胁煤炭安全开采，破坏了本就脆弱的新疆生态环境。但近年来煤矿整顿关闭政策的实施，一些非法和布局不合理煤矿关停后处理措施不当而导致了一部分新火区的产生，同时原有部分火区有扩大蔓延的趋势。

新疆煤田火区监测监控工作一直进行，传统监测工作是地面实地测量，一方面监测费时费力成本高，另一方面火区监测具有滞后性。

国外煤火遥感识别监测早于国内，20世纪六十年代到2005年，国外学者利用航空遥感和航天遥感数据分别在美国、德国、印度作了大量的研究，并验证了应用遥感数据识别和监测的煤火的可行性，形成了针对不同数据源的识别和反演流程和算法。如：Mishra等利用Landsat-7ETM+数据对印度Jharia煤田火区进行监测[3]，根据普朗克辐射公式进行地表温度反演，然后利用热成像仪对反演温度进行验证，证明利用ETM+数据可以很好地监测煤田火区范围。我国学者利用遥感数据在内蒙古和新疆做了研究，借助遥感数据识别出新生火区，并进行地面的实地验证，如：蒋卫国、武建军等利用不同季节夜间ASTER热红外波段数据进行地下煤火监测，提出了利用ASTER进行煤火监测最佳季节和时间点是冬季和晚上[4]。遥感用于煤火研究已經相对较成熟，针对不同数据源形成了特定的识别和反演流程和算法，但是由于热红外数据空间分辨率较低，反演的精度还是不太理想，随着传感器性能和空间分辨率提高将促进煤火的识别精度提高。本文主要研究基于航空、航天、无人机、温度气体传感器的煤田火区监测监控系统设计，包括系统各类数据库的设计、系统应用功能模块、系统功能框架。

1.系统功能框架

利用航天航空影像数据、地面传感器数据，借助3S技术、计算机技术等实现煤田火区遥感监测、煤田火区现场实时监测、煤田灭火会商决策支持、煤田火区信息综合服务。

1.1煤田火区遥感监测

应用多源卫星遥感技术实现煤田火区宏观监测，利用最新国产高分卫星数据定期对比火区地表变化，了解火区发展状况。

1.2煤田火区现场实时监测

应用无线温度、气体传感器，视频监控等现场实时监测手段为掌握火区现状提供直接资料，为火区预警提供准确数据源。

1.3煤田灭火会商决策支持

利用三维技术综合展示全疆煤田火区信息，综合数据和现时性数据，使各种信息源在统一平台上管理和显示，通过预警机制分析，达到第一时间发现火情并进行处理，利用地理信息技术及计算机技术形成煤田火灾的应急管理机制，建立煤田火灾监测—会商决策—火源确定—治理方案的信息化流程，为领导提供决策支持。

1.4火区信息综合服务

建立全疆煤田火区信息化服务平台，为煤田火区会商决策系统提供数据支持，为新疆煤田火区规划、勘查、设计等提供各类信息与数据服务。基于GIS技术实现海量影像及其他空间数据的管理和检索，利用遥感影像对比显示火区动态变化；以数据库的方式管理火区信息及实时无线监测等各类其他数据；利用叠加分析等实现火区变化数据提取及空间分析应用等[5]。

1.5火区现状报告

结合全疆每年各个火区的监测情况，及时发布新疆煤田火灾的监测报告。报告主要包括全疆煤田火区的现状、火区动态发展情况，火区风险等级划分等。报告将为相关决策部门提供煤田火区最新数据，为新疆煤田火灾的治理提供决策帮助，指导煤田火区的治理。

2.系统各类数据来源、数据库种类和数据库设计

新疆煤田火灾监测监控系统数据主要包括：传感器数据、火区基础地理数据、火区定期卫星影像、火区无人机影像、火区实测属性数据等。

系统数据库种类：依据数据特性把数据分为五类存储，分别为属性数据库、图形数据库、栅格数据库、元数据库和其它数据库数据库设计：包括属性数据库和空间数据库。属性数据库包括火区基本信息、煤层信息、气体监测信息、温度监测信息等。

空间数据库包括新疆维吾尔自治区1：25万地形图、火区分布区域1：5万地形图、1：5000火区航拍影像图等其它数据。

3.系统开发

采用ArcGIS组件式GIS软件ArcEngine作为系统的二维开发平台，借助C#语言和visualstudio开发环境，实现地图添加、编辑、放大、缩小等基本gis系统功能[6]，实现将野外温度、气体传感器监测点叠加在火区基础地理数据上，实时监测的属性数据借助移动SIM卡上传到Internet，然后存储在数据库中。火区位置、火区基础地理数据、火区相关的土源、水源、道路、水泵房等shp文件设定统一的坐标系，借助系统数据加载功能显示。火区多期可见光影像和热红外影像通过地理坐标存储在ArcSDE数据库中[7]。

采用skyline三维场景展示分析组件TerraExplorer实现三维数据添加和展示，将定期卫星影像和无人机影像叠加进来，并进行对比分析，发布火区动态发展报告。实现将火区控制体、火区水管线、火区道路、火区工区、火区煤层、火区钻孔等建立三维模型，并叠加展示在火区基础地理三维要素上。

4.结束语

基于gis新疆煤田火区监测系统的设计，是作者在煤田灭火一线工作长期的积累和总结，系统根据煤田火灾治理的需要，从煤田火区监测监控系统的总体功能设计，数据来源、数据库种类、数据库设计和采用开发平台实现的功能进行了简要叙述。煤田火灾监测监控系统的建立将提高新疆煤田火灾信息化水平，同时建立新疆煤田火灾早发现早治理的局面，为加快治理新疆煤田火灾奠定了技术基础。

参考文献：

[1]新疆维吾尔自治区第四次煤田火区普查报告[M].新疆煤田灭火工程局.

[2]新疆维吾尔自治区煤田火区（2016-2025）治理规划[M].新疆煤田灭火工程局.

[3]Mishra. R K， Roy. P N S， Pandey. J， et al. Study of coal fire dynamics of Jharia coalfield using satellite data[J]. International Journal of Geomatics & Geosciences， 2014， volume 4，：477-484.

[4]蔣卫国，武建军，顾磊，等.基于夜间热红外光谱的地下煤火监测方法研究[J].光谱学与光谱分析， 2011， 31（2）：357-361.

[5]孟健，孙映宏，王卫平，等.基于RS和GIS的杭州市旱情监测系统设计[J].现代测绘， 2016， 39（6）：25-28.

[6]郑春燕.地理信息系统原理、应用与工程[M].武汉大学出版社， 2011.

[7]彭明军，樊玮.面向服务的政务地理信息共享平台设计与实现[J].地理空间信息， 2009， 7（06）：59-61.

[8]普杰.基于Skyline的三维地理信息系统设计与应用[J].测绘与空间地理信息， 2014（2）：153-155.

[9]柴玲，郑慧，吴晓光. GIS在地图学教学改革中的应用研究——以高校地理科学专业为例[J].西部资源， 2016（02）：94-95.

[10]丁亚峰，郑娜. GIS空间数据质量控制与检验探讨——以遥感图像矢量化为例[J].西部资源， 2015（04）：77-79.

[11]舒晓龙.深基坑监测技术的应用与探讨——以杭州奥体博览城主体育场基坑监测项目为例[J].西部资源， 2017（03）.

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