空天地一體化尾礦庫監管平臺建設及功能

文｜史經業 朱龍文 范楠楠 張偉 宋啟帆

中科星圖股份有限公司

一、前言

礦山尾礦庫是礦山企業生產必不可少的重要生產設施，用以堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或其他工業廢渣的場所。我國尾礦庫總量居世界第一，目前全國共有14217個尾礦庫，涉及64個礦種[1]。尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流的危險源，同時庫區尾砂與尾水中普遍含有較多有害元素，若發生泄漏或潰壩，勢必給生活在庫區下游的居民和各類生物造成嚴重影響。

我國尾礦庫安全和環境形勢依然嚴峻，相應信息化監管手段建設仍需大力加強，主要體現在監測監管手段薄弱、信息共享不暢通、事前預警和事中監管能力弱、社會監督和公眾參與不足等方面。2019年4月應急管理部出臺的《防范化解尾礦庫安全風險工作方案（征求意見稿）》提出地方各級人民政府要建立完善尾礦庫安全風險監測預警信息平臺，實現與企業尾礦庫在線安全監測系統的互聯互通，同時各省（區、市）尾礦庫安全風險相關信息要接入國家災害風險綜合監測預警信息平臺。

因此，建立尾礦庫安全風險監測預警平臺，構建統一的信息資源池實現各級平臺信息共享，有效防范化解尾礦庫安全風險，強化支撐保障技術體系輔助監管執法，已成為當前應急管理工作的重要方向。針對尾礦庫監管方面亟需解決的問題，中科星圖股份有限公司（簡稱中科星圖）提出貫穿尾礦庫監管的全流程完整的解決方案。

二、總體思路

針對尾礦庫安全預警、監管執法等需求，中科星圖綜合利用遙感、大數據、云計算、人工智能等先進技術，整合多源異構空天地數據，構建空天地一體化感知體系，搭建集多源數據統一存儲、管理、維護、應用、展示的空天地一體化尾礦庫監管平臺，打造尾礦庫專項整治、安全生產監控、風險預警、應急指揮等多項應用，推動從事后監管向事前預警、事中監督轉變，促進尾礦庫管理向精細化方向轉變。

三、總體框架

本方案的總體框架分為基礎設施層、數據層、平臺層、應用層和服務層。其中基礎設施層為大數據處理和應用提供統一基礎支撐服務。數據層是尾礦庫監管數據中心，對數據資源進行統一存儲、管理、維護、關聯和檢索。平臺層包括空天大數據智能處理平臺、空天大數據共享服務云平臺和空天大數據可視化平臺，為尾礦庫數據處理、組織、共享、管理、分發提供基礎的平臺支撐能力。應用層包括構建尾礦庫監管“一張圖”輔助決策系統和尾礦庫綜合監管業務系統，實現對信息資源的統一應用、分析展示，對業務進行統一管理。服務層通過指揮中心、門戶網站、小程序等服務門戶，實現監測監控、監管執法、事故應急等環節有機聯動、上下協同、信息共享的高效精準管理。礦山尾礦庫綜合監管平臺架構如圖1所示。

圖1 礦山尾礦庫綜合監管平臺架構圖

四、平臺組成及功能

1.尾礦庫遙感監測專題產品服務

通過空天多源遙感數據處理平臺及時獲取、快速處理各類多源異構數據，對尾礦庫庫區、尾礦庫土地利用、尾礦庫周圍生態環境、尾礦庫配套設施、下游敏感對象與保護目標、上游匯水區等進行時間序列的遙感監測[2]，形成多源多載荷衛星和無人機遙感影像協同獲取、衛星影像數據快速處理、尾礦庫遙感監測標準規范體系制定、尾礦庫遙感監測專題產品生產、監測成果入庫等多步驟緊密結合的一體化監測流程。尾礦庫遙感監測數據服務內容具體包括多源遙感影像數據處理、尾礦庫庫區位置和邊界提取（圖2）、尾礦庫庫區類型識別、尾礦庫壩體識別、尾礦庫土地利用變化監測、尾礦庫周圍生態環境變化監測、尾礦庫配套設施監測、應關閉庫壩體提取、應關閉庫裸露堆渣提取、應關閉庫土地復墾監測（圖3）、上游匯水區監測、下游敏感對象與保護目標監測（河湖水庫、居民點、農田、林地、草地、水產養殖場、自然保護區等如圖4所示）、事故波及對象持續監測等，通過平臺提供多源異構數據的長效服務。

圖2 尾礦庫擴建變化監測圖

圖3 應關閉庫土地復墾監測圖

圖4 道路、居民點、林草地、水體分布圖

2.尾礦庫監管數據中心

統籌遙感監測數據、地面在線監測數據、地面巡查數據、尾礦庫業務數據、其他行業部門數據、社會經濟數據等，對多源異構數據進行抽取、轉化、加工、導入，建立尾礦庫資源目錄體系，實現系統內數據資源整合集中和動態更新，建設尾礦庫基礎數據庫和專題數據庫，實現數據傳輸交換、管理監控、共享開放、分析挖掘等基本功能。尾礦庫監管數據中心架構如圖5所示。

圖5 尾礦庫監管數據中心架構圖

3.尾礦庫監管“一張圖”輔助決策系統

緊密圍繞尾礦庫業務需求，匯聚多源異構空天地數據和業務數據，納入統一的時空基準，基于Web瀏覽器技術、地理空間可視化技術、人工智能技術，提供強大的可視化能力和豐富的插件，對尾礦庫安全指標、氣象條件、尾礦庫用地情況、下游敏感對象與保護目標、周圍生態環境、其他行業部門數據等相關數據進行多種關聯和智能分析，進行事故模擬仿真，并根據模板快速制圖，提供輔助決策支持。尾礦庫監管“一張圖”輔助決策系統如圖6所示。

圖6 尾礦庫監管“一張圖”輔助決策系統圖

4.尾礦庫綜合監管業務系統

根據尾礦庫監管執法實際需求，對迫切關注的尾礦庫安全運行、應關閉庫、周邊保護目標等進行專項監管。通過指揮中心大屏、PC端、外業調查APP、小程序等，實現一鍵查詢、一鍵調度等功能。同時，通過移動端系統，對尾礦庫安全運行、應關閉庫和周邊保護目標等進行監督，支持手機拍照、錄像并及時向監管系統上傳信息。滿足應急管理部門之間多級聯動、信息共享的需求，對巡查任務下發、巡查信息更新、巡查信息審核、案件執法、管理評價等各環節進行全過程管理。尾礦庫綜合監管業務系統如圖7所示。

圖7 尾礦庫綜合監管業務系統圖

五、方案優勢

本方案充分利用遙感大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術，構建空天地一體化尾礦庫監管平臺，及時快速捕捉并反饋異常尾礦庫信息，實現相關部門間信息共享、多級聯動，支撐精準監管執法。方案優勢體現在如下三個方面：

一是在信息共享方面，打破信息壁壘，實現監測信息互聯互享，橫縱聯動、聯防聯治；二是在監管主動權方面，推動從事后監管向事前預警、事中監督轉變，掌握監管的主動權；三是在群眾參與方面，通過網站、微信公眾號、舉報電話等多種途徑，加強社會監督和公眾參與程度。