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摘要：本研究基于GIS技术，针对尾矿库环境隐患及风险演变趋势，研究尾矿库生态环境风险数智管理系统，采用GIS地理信息快速便捷地提供一个集成化、智能化、实时化的尾矿库环境隐患监控与管理平台。实现多源环境数据的集成和管理，打破数据孤岛，提升数据利用效率，构建了尾矿库风险演变的网络模型.通过分析尾矿库特征参数和指数、地理信息，查找规律；提高预防和控制尾矿库环境风险隐患的管理能力。

关键词：环境要素；地理信息；生态环境风险数智融合管理系统

中图分类号：TP315

0 引言

随着矿产资源开发进程的不断推进，尾矿库环境问题日益严重。近年尾矿库事故呈上升趋势，对周围环境安全构成了严重威胁。我国目前已经有一大批相当规模的尾矿库。为避免尾矿库对下游生态环境造成不利影响，生态环境部办公厅发布了《关于做好汛期尾矿库环境风险隐患排查治理与环境应急准备工作的通知》（环办固体函〔2020〕195号）、《尾矿库污染隐患排查治理工作指南》等一系列要求及技术规范。

地理信息系统（GIS）这种强大的空间分析工具在生态环境检测中可以发挥其在数据管理、空间分析和可视化展示等多项优势。本研究建立了基于遥感监测和地面调查为一体的尾矿库环境隐患监控与管理平台。具有很好的时空性，利用数智融合平台的优势，降低了尾矿库运行管理的风险、成本。

1 平台设计与功能

1.1 环境要素多源数据集成与管理

尾矿库环境监测数据来源广泛，包括遥感数据、传感器数据、地面采样数据等，这些数据各自独立，往往存在数据孤岛现象，难以实现数据的统一管理和综合利用。通过遥感、传感和地面采样等方法构建统一的数据管理平台，实现多源环境数据的集成和管理，打破数据孤岛，提升数据利用效率。

1.1.1 遥感数据

采用InSAR、高分遥感和无人机等多源遥感监测手段，针对不同区域尾矿库，开展无主型/已闭库尾矿库识别与核查，选用时相合适的航天、航空遥感图像、数据。针对风险等级较高区域开展InSAR时序加密观测（以季度、月或旬为观测周期），开展尾矿库形变跟踪分析，对坝体周边形变速率变化进行预警，对可能发生溃坝的地点和溃坝时间给出分析预测建议。针对重点关注尾矿库开展空天地一体化监测与灾害风险动态评估，建立尾矿库环境物理模型，开展尾矿库溃坝及其次生灾害模拟仿真研究，探索成灾机理，为尾矿库灾害动态监测与减灾管理提供理论依据和实际建议。

1.1.2 传感器数据

通过部署在尾矿库各关键区域的传感器网络，实时采集各项环境参数数据，位移传感器、雨量计、水位计等，对尾矿库的位移、变形、水位、雨量等关键参数进行实时监测，从而实现对库水位变化、坝体稳定性、渗流压力、地下水水质等的远程监控。

1.1.3 地面采样数据

利用中国北斗卫星导航系统GPS测量获取尾矿库的坝底、坝顶高程，排洪井塔顶部与库内水位高程；采用低空无人航摄技术（无人机、飞艇等），获取尾矿库现实性强的航摄数码影像。建立三维立体模型。完成坝体坡度测量工作，采集建库数据。

1.2 数据集成

1.2.1 数据标准化

通过不同方式采集的数据格式不同，如遥感影像数据、传感器时间序列数据、地面采样点数据等。通过数据格式转换工具，将各类数据转换为统一格式，便于后续处理和分析。首先数据格式转换对原始数据进行清洗，去除冗余和错误数据，保证数据质量。其次通过数据清洗去除重复数据、填补缺失值、校正异常值等达到数据标准化的目的。

1.2.2 数据融合

空间数据融合：将不同来源的尾矿库空间数据进行融合，如将卫星遥感影像与地面监测数据结合，提供更加全面的环境信息。空间数据融合技术包括图像配准、栅格叠加、矢量数据融合等。

时间数据融合：将不同时间段的数据进行融合，如将不同时间的空气质量监测数据进行整合，分析污染趋势。时间数据融合技术包括时间序列分析、趋势分析、周期性分析等。

1.2.3 数据管理平台

数据库系统：构建统一的数据库系统，存储和管理多源环境数据。数据库系统包括关系型数据库（如MySQL、PostgreSQL）和非关系型数据库（如MongoDB、Hadoop）等。

1.2.4 搭建物联网管理平台

由于主要对前端物联网感知数据进行实时监测和分析，因此需要利用物联网技术对前端感知设备进行管理、控制以及数据的收集和分析，达到全面感知、智能处理和可靠传送的目的。

1.3 数据利用

数据分析

统计分析：对集成后的环境数据进行统计分析，如计算平均值、标准差、分布特征等，了解环境要素的基本情况。

空间分析：利用GIS的空间分析功能，进行缓冲区分析、叠加分析、热点分析等，识别污染源、污染扩散路径和高风险区域。

时空分析：结合时间和空间数据，进行时空变化分析，如污染物的时间变化趋势、空间分布规律等。

1.4 数据可视化

二维可视化：利用GIS平台，收集可视化的环境数据，矢量数据转换成ArcGIS支持的shp格式；将不同类型的数据叠加在一起，通过颜色、符号和标签来表示不同的数据集，将环境数据进行二维可视化展示，如地图、图表等，直观展示环境要素的分布情况。

三维可视化：通过三维可视化引擎，展示环境数据的三维空间分布，如地下水位变化、污染物浓度梯度等。

四维时空模拟：结合时间维度，进行四维时空模拟，动态展示环境要素的变化过程，如污染物扩散趋势、生态系统变化等。

1.5 数据共享与协作

数据共享平台：构建环境数据共享平台，实现数据的共享与交换。数据共享平台可以提供数据下载、在线查询、API接口等功能，支持多部门、多机构的数据协作。通过将数据对接到相关管理部门平台中，实现信息同步与协同工作，确保相关政策落实到位。结合大数据分析结果，为尾矿库的安全管理提供智能化建议，了解尾矿库的安全风险，并制定相应的防范措施与应急预案。