在建與生產(chǎn)礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫搭建探索

關(guān)鍵詞：在建與生產(chǎn)礦山；生態(tài)修復(fù)；數(shù)據(jù)庫搭建；ArcGIS

0引言

礦產(chǎn)資源作為人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)，是支撐社會經(jīng)濟不斷向前發(fā)展的重要基石。人類在開采礦產(chǎn)資源的過程中，不得不面臨由開采帶來的自然生態(tài)環(huán)境破壞等一系列問題。在黨的二十大報告中，習(xí)近平總書記特別強調(diào)要堅持可持續(xù)發(fā)展，堅持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針，像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)自然和生態(tài)環(huán)境，堅定不移走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。

實行在建與生產(chǎn)礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)是落實習(xí)近平生態(tài)文明思想的重要舉措。當(dāng)前，我國面臨的生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)依然艱巨，礦山生態(tài)環(huán)境問題是生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)的重要組成部分。為了推進(jìn)礦山環(huán)境的有效保護(hù)，自然資源部先后出臺了《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》《關(guān)于探索利用市場化方式推進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)的意見》等文件，旨在指導(dǎo)并加快推進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)。湖南省一方面作為我國的礦產(chǎn)資源大省，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源稟賦好，資源遠(yuǎn)景潛力大，素有“有色金屬之鄉(xiāng)”和“非金屬之鄉(xiāng)”之稱；另一方面則面臨十分嚴(yán)峻的礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)。為此，湖南陸續(xù)出臺了《湖南省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)條例》、《湖南省礦山地質(zhì)環(huán)境治理備用金管理暫行辦法》等法律法規(guī)，用于推進(jìn)我省礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作的開展。2021年6月以來，湖南省自然資源廳先后下發(fā)《關(guān)于做好新建和生產(chǎn)礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)年度驗收工作的通知》《湖南省礦山生態(tài)修復(fù)基金管理辦法》，通過建立生態(tài)修復(fù)基金三方監(jiān)管、實行礦山生態(tài)修復(fù)年度驗收、進(jìn)行礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)管系統(tǒng)填報等方式，監(jiān)管部門督促礦山履行“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)、邊治理”責(zé)任有了具體的工作舉措。礦山生態(tài)修復(fù)年度驗收制度執(zhí)行以來，取得了較好的成效，實現(xiàn)了礦山按年度實施礦山修復(fù)，并由地方主管部門進(jìn)行年度驗收，達(dá)到了監(jiān)管的目的。

雖然在相關(guān)監(jiān)管部門的干預(yù)下，礦山生態(tài)修復(fù)工作得到了一定的開展，但在工作成效方面有所欠缺，因此我們應(yīng)當(dāng)運用先進(jìn)技術(shù)來助力礦山生態(tài)修復(fù)工作。本文主要結(jié)合湖南省汝城縣礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價工作現(xiàn)狀，通過探索基于ArcGIS軟件平臺搭建礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫，旨在實現(xiàn)礦山生態(tài)修復(fù)工作的動態(tài)監(jiān)管，為進(jìn)一步做好礦山生態(tài)修復(fù)工作提供參考，同時契合湖南省自然資源廳于2023年9月底下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)湖南省采礦項目用地管理指導(dǎo)意見（先行）的通知》要求，力爭為湖南省在建與生產(chǎn)礦山的生態(tài)修復(fù)工作做出貢獻(xiàn)。

1礦山生態(tài)修復(fù)面臨的問題

由于在建與生產(chǎn)礦山存在基建、開采作業(yè)等～系列日常活動，再加上受生態(tài)環(huán)境自然恢復(fù)能力等因素的影響，可以說礦山生態(tài)破壞和修復(fù)是一個動態(tài)變化的過程，從而使得礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)監(jiān)管面臨諸多困擾。主要問題有：

（1）礦山日常巡查通過人工的方式開展，存在對礦山開采作業(yè)情況了解不清楚，肉眼視線范圍有限，無法統(tǒng)觀全局等問題，從而存在個人主觀臆斷，不能全面分析礦山生態(tài)環(huán)境存在的問題。

（2）部分礦山假借礦山生態(tài)修復(fù)之名，行非法開采、生態(tài)破壞之實，在礦山生態(tài)修復(fù)年度、分期驗收后未進(jìn)行有效地管護(hù)，易出現(xiàn)植被成活率低等問題。

（3）礦業(yè)活動及破壞土地面積核實工作的方式較為簡單，如2021年湖南汝城全縣礦業(yè)活動及破壞土地面積核算結(jié)果為619.98hm2，但該結(jié)果基本是依托歷史遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行范圍圈定及計算得出的。

上述存在的問題，在礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)過程中易造成相關(guān)監(jiān)管部門工作被動。因此，為適應(yīng)礦山生態(tài)保護(hù)與監(jiān)管工作的實際需求，達(dá)到動態(tài)掌握礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及變更情況的目的，利用礦山生態(tài)修復(fù)年度驗收航飛正射影像、全景三維、實景三維及相關(guān)矢量數(shù)據(jù)，探索基于ArcGIS軟件平臺搭建礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管理礦山生態(tài)修復(fù)涉及的矢量化、影像化及實景化數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)對礦山生態(tài)修復(fù)過程的動態(tài)化監(jiān)管，從而推進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)過程的精細(xì)化管理。

2礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫搭建

基于ArcGIS軟件平臺搭建礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫主要分為三個步驟：第一，厘清該數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容構(gòu)成；第二，設(shè)置利用該數(shù)據(jù)庫能達(dá)到的數(shù)據(jù)分析功能；第三，制定數(shù)據(jù)庫建立及更新的方式方法。

2.1數(shù)據(jù)庫內(nèi)容構(gòu)成

礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容構(gòu)成包含了四個子庫數(shù)據(jù)（表1），分別是矢量數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫、標(biāo)志物數(shù)據(jù)庫及實景、全景三維數(shù)據(jù)庫。其中，矢量數(shù)據(jù)庫內(nèi)容主要由各個礦山歷年的四類面要素數(shù)據(jù)構(gòu)成，分類情況為損毀、修復(fù)、年度修復(fù)及年度損毀。矢量數(shù)據(jù)以ArcGIS文件地理數(shù)據(jù)庫的形式存放，按年依次建立庫文件；遙感影像數(shù)據(jù)庫及實景三維數(shù)據(jù)庫包含了對應(yīng)礦山區(qū)域的正射影像和實景三維數(shù)據(jù)，通過按年依次建立文件夾的方式，實景、全景三維數(shù)據(jù)可嫁接于SaaS服務(wù)平臺（比如720云，是一個提供一站式VR全景制作工具、全景漫游內(nèi)容分享的平臺），以便通過外部鏈接調(diào)用，二者為礦山矢量數(shù)據(jù)庫底圖繪制及現(xiàn)狀情況的參考依據(jù)；標(biāo)志物數(shù)據(jù)庫則包含了礦界、礦脈、水系等特征數(shù)據(jù)。

2.2數(shù)據(jù)庫搭建與更新

在建與生產(chǎn)礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)庫搭建與更新過程主要分為數(shù)據(jù)收集與處理、建立數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫更新維護(hù)三個方面。

2.2.1數(shù)據(jù)收集與處理

數(shù)據(jù)收集對象主要包含矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)及實景三維、全景三維數(shù)據(jù)。收集方法如下：

（1）矢量數(shù)據(jù)的收集與處理可通過兩種方式開展：第一種方法，收集各個礦山年度計劃、年度驗收、《礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案》、《礦山地質(zhì)環(huán)境分期驗收》等涉及到的礦山航拍正射影像，將影像導(dǎo)入ArcGIS軟件平臺進(jìn)行地理配準(zhǔn)后，繪制現(xiàn)狀己損毀、己修復(fù)2個面狀要素；第二種方法，通過該礦山年度驗收CAD數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換得到該礦山現(xiàn)狀已損毀、己修復(fù)范圍的線狀要素數(shù)據(jù)，再用工具轉(zhuǎn)成面狀要素數(shù)據(jù)。在實際工作中，可根據(jù)情況將兩種方法聯(lián)合使用，以得到更精確的結(jié)果。

（2）遙感影像、實景三維、全景三維數(shù)據(jù)可先通過無人機航拍，然后通過后期加工，生成礦山范圍的影像或?qū)?shù)據(jù)導(dǎo)入720云平臺，制作VR全景（生成外部鏈接，方便動態(tài)調(diào)用）。

2.2.2建立數(shù)據(jù)庫

縣年度矢量數(shù)據(jù)庫的建立需要完整地收集所有在建與生產(chǎn)礦山當(dāng)年己損毀與己修復(fù)現(xiàn)狀情況，從而在ArcGIS平臺中創(chuàng)建已損毀、已修復(fù)2個面要素圖層，這類圖層的屬性表中應(yīng)添加礦山名稱、占地面積、url等基礎(chǔ)字段，以便后期做數(shù)據(jù)分析、檢索以及查看。然后將其導(dǎo)入對應(yīng)規(guī)范命名且已創(chuàng)建好的年度矢量數(shù)據(jù)庫中，作為全縣礦山生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供后期匯總與更新。另外，年度影像庫與年度全景、實景三維庫也需完整收集，分類整理放入對應(yīng)規(guī)范命名的文件夾中。

2.2.3數(shù)據(jù)庫更新維護(hù)

數(shù)據(jù)庫的更新維護(hù)工作一般從年初開始，下一年度的數(shù)據(jù)庫需進(jìn)行新建。其中，礦山己損毀、己修復(fù)數(shù)據(jù)復(fù)制上一年度數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，只需對礦山相關(guān)區(qū)域有變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行替換。實際工作中，也可能因礦山在下個年度停產(chǎn)、采礦權(quán)到期等造成該年度數(shù)據(jù)無更新的情況，每年新建數(shù)據(jù)庫的目的是為了保持所有礦山年度數(shù)據(jù)的完整性；因ArcGIS平臺普及程度沒有AutoCAD軟件的廣，技術(shù)單位對數(shù)據(jù)處理通常使用AutoCAD軟件開展，所以根據(jù)實際工作需要，數(shù)據(jù)庫更新的流程包括以下3個步驟：

（1）數(shù)據(jù)分發(fā)。如礦山在開展年度驗收或分期驗收時，由監(jiān)管部門通過矢量數(shù)據(jù)庫將該礦山上一年度己損毀、已修復(fù)的矢量數(shù)據(jù)輸出為AutoCAD軟件格式（*dwg）（圖1）。然后分發(fā)給承擔(dān)技術(shù)單位作為年度驗收、分期驗收工程部署的基礎(chǔ)底圖，確保數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。

（2）數(shù)據(jù)加工。承擔(dān)礦山生態(tài)修復(fù)年度驗收的技術(shù)單位通過無人機航拍生成該年度正射影像、實景、全景三維影像，然后更新影像庫，并按照監(jiān)管部門下發(fā)的基礎(chǔ)底圖和正射影像測繪、圈定礦山損毀、修復(fù)，年度修復(fù)、年度損毀區(qū)域。其中，對承擔(dān)技術(shù)單位要明確要求損毀、修復(fù)有變動的需重新圈定，但是不能動基礎(chǔ)底圖，各個圖斑線條都需封閉起來，以方便入庫。

（3）數(shù)據(jù)入庫。年度驗收、分期驗收合格的，由承擔(dān)技術(shù)單位將年度驗收工程部署AutoCAD格式數(shù)據(jù)上報給監(jiān)管部門。然后監(jiān)管部門將AutoCAD格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換生成為ArcGIS格式要素矢量數(shù)據(jù)，同時將上一年度己損毀、己修復(fù)圖斑進(jìn)行替換，年度損毀、年度修復(fù)圖斑進(jìn)行保存（圖2）。

2.3數(shù)據(jù)庫功能應(yīng)用

2.3.1數(shù)據(jù)分析匯總

在日常礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)管工作中，可定期對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總。例如，通過打開矢量庫，根據(jù)“面積”字段可匯總計算出汝城縣2022年全縣34個礦山共144個損毀區(qū)域圖斑，損毀面積達(dá)到288.3hm2，2023年全縣34個礦山共161個損毀區(qū)域圖斑，損毀面積達(dá)到293.3hm2，從礦山修復(fù)、損毀匯總信息掌握全縣礦山生態(tài)總體變化趨勢（圖3）。根據(jù)年度修復(fù)與損毀要素圖層得到的2023年度汝城縣礦山新增損毀及修復(fù)面積的對比（圖4），可直接看出礦山D和E年度損毀面積為0，礦山F和G年度修復(fù)面積為0，礦山F的年度損毀面積很大，從分析結(jié)果中可更好地、有針對性地監(jiān)督與指導(dǎo)礦山組織實施生態(tài)修復(fù)工作。

2.3.2現(xiàn)狀核實

在ArcGIS平臺導(dǎo)入相應(yīng)在建與生產(chǎn)礦山矢量數(shù)據(jù)及正射影像，可掌握該礦山現(xiàn)狀損毀及生態(tài)修復(fù)等基本情況。例如，將2022年汝城縣下洞采石場矢量區(qū)域同其正射影像損毀區(qū)域進(jìn)行重疊，矢量計算其范圍及具體數(shù)值，影像作為圈定范圍的佐證，可知損毀區(qū)域呈北東向長條形狀（圖5），其損毀主要為采區(qū)開挖、邊坡覆土傾倒、工業(yè)廣場壓占、堆放等問題造成，損毀面積為3.77hm2。

2.3.3現(xiàn)狀變化

通過在ArcGIS平臺導(dǎo)入汝城縣某生產(chǎn)礦山年度損毀與修復(fù)矢量數(shù)據(jù)，以及本年度與上年度的正射影像，可核實該生產(chǎn)礦山年度生態(tài)損毀與修復(fù)的實際變化情況，從而全面掌握該礦山是否履行“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)”的責(zé)任情況，方便相關(guān)部門進(jìn)行有效地監(jiān)管。如某生產(chǎn)礦山2022年影像顯示的現(xiàn)狀（圖6），對比該礦山2023年的現(xiàn)狀（圖7），可以看出二者影像變化差異較大，2022年該區(qū)域還有植被覆蓋，2023年影像則顯示植被損毀，黃土裸露。

2.3.4 3D視頻實景

通過在建與生產(chǎn)礦山面狀要素圖層屬性數(shù)據(jù)表中的url字段（存放視頻文件的路徑或者外部互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址）鏈接到為該礦山創(chuàng)建的全景三維數(shù)據(jù)庫或者實景三維視頻文件，可直接打開該礦山相關(guān)的網(wǎng)頁或者3D視頻，通過全景、實景方式直觀了解該礦山的生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀，可用于定期查看礦山在生態(tài)修復(fù)年度、分期驗收后植被成活的具體情況（圖8）。

3結(jié)論

在建與生產(chǎn)礦山的生態(tài)修復(fù)是一項系統(tǒng)性工程，通過探索基于ArcGIS平臺創(chuàng)建礦山生態(tài)修復(fù)動態(tài)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而實現(xiàn)對礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)管由傳統(tǒng)感官認(rèn)知到如今具體數(shù)據(jù)化的轉(zhuǎn)變，使得對礦山生態(tài)修復(fù)的監(jiān)管工作得到了進(jìn)一步的突破。

第一，監(jiān)管工作實現(xiàn)了由人工實地局部巡查拍照取證到無人機全局正射影像留底的轉(zhuǎn)變，不僅提高了監(jiān)管工作的效率，也提高了監(jiān)管工作的實效性，進(jìn)一步擴展了監(jiān)管的范圍。

第二，形成了礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)臺賬，實現(xiàn)了由原來手工核算損毀、修復(fù)、年度修復(fù)、年度損毀到現(xiàn)在自動分析統(tǒng)計的轉(zhuǎn)變，賦予了礦山生態(tài)修復(fù)數(shù)據(jù)新生命，做到了可查、可分析、可視化。

第三，借助VR服務(wù)SaaS平臺（720云）將礦山生態(tài)修復(fù)中的影像平面化視覺轉(zhuǎn)變?yōu)閂R全景，使得礦山修復(fù)的過程以動態(tài)方式展現(xiàn)，全方位展現(xiàn)礦山的生態(tài)現(xiàn)狀。

可以說，礦山生態(tài)修復(fù)動態(tài)數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)管數(shù)字化、動態(tài)化的基礎(chǔ)，將有力支撐、服務(wù)于礦山生態(tài)修復(fù)工作的精細(xì)化、動態(tài)化管理。