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摘要：随着煤炭资源的持续开采，安徽皖北地区地质环境发生了显著变化，特别是随着地表沉陷区面积逐步扩大、沉陷深度逐年加深，给当地生态环境、居民生活及经济发展带来了诸多挑战。对采煤沉陷区开展全方位调查监测是推进煤炭生态文明建设的重要方面，项目利用云计算、物联网结合GIS、GeoServer服务、GeoWebCache切片、数据库计算等技术，建设安徽省皖北六市采煤沉陷区综合调查监测三维可视化平台，重点叙述了平台的设计总体架构、模块设计及关键技术，以统计分析报表、专题图件、专题监测报告等多种可视化形式，全面提升安徽省对沉陷区生态修复项目实施过程与成效监管的信息化水平，对于解决严格保护耕地、解决生态环境问题、优化国土空间格局等问题，推动皖北地区资源型城市高质量发展具有重要意义。

关键词： 采煤沉陷区;可视化;生态修复;分析评价

0 引言

习近平总书记关于生态文明建设的“绿水青山就是金山银山”理论为煤炭开采生态环境保护指明了方向。我国政府已将资源、环境及生态问题纳入重点管理工作，密集出台了一系列政策和措施推进采煤沉陷区治理[1]。此外，沉陷区土地复垦利用与生态环境修复已成为我国的热点、焦点和难点问题；近2年，国务院以及相关部委密集出台了推动采煤沉陷区综合治理利用的多项政策和措施。

为深入贯彻落实安徽省委省政府关于采煤沉陷区综合治理工作部署，加快推进我省采煤沉陷区生态修复和耕地保护，按照安徽省自然资源厅《关于下达2023年度自然资源专题调查监测任务的通知》（皖自然资调函〔2023〕5号）要求，在摸清沉陷区家底的基础上，利用时间序列 InSAR 技术进一步夯实数据成果，为推进采煤沉陷区生态修复和耕地保护决策管理提供更为扎实的数据支撑。

1 平台设计

安徽省皖北六市采煤沉陷区三维可视化监测平台以统计分析报表、专题图件、专题监测报告等多种可视化形式，对监测成果进行分析与展示，全面提升安徽省对沉陷区生态修复项目实施过程与成效监管的信息化水平，为政府履行环境保护和监督管理职能提供技术支撑。

1.1平台架构设计

平台基于BS架构，软件架构包含基础层、数据层、支撑平台层、应用层及用户层。

① 传输层：由系统数据存储、系统运行网络以及硬件基础设施，形成统一规范的数据资源库。

② 平台层：平台层作为核心枢纽，负责对系统、数据、应用、服务等运行和执行所需的资源进行统一管理、监控与调度，负责提供各类应用子系统信息的开发和部署与组织调度，提供GIS服务、地图服务、数据接入服务等基础服务以及遥感服务等特色服务，为系统应用提供物理、计算、运行等服务环境。

③ 业务层：面向系统用户，提供系统相关功能，主要包括沉陷区一张图、统计分析、专题地图、可视化大屏、系统管理等功能模块。

④ 展现层：面向平台用户，以数据可视化平台向用户提供服务。

1.2系统模块设计

平台以安徽省皖北六市基础地理信息数据（包括主要河流、交通、区域范围）、沉陷区范围数据集，已治理沉陷区数据集，土地复垦数据集4个主体数据集及1个土地分类数据集作为基础数据库，对安徽省采煤沉陷区、沉陷治理区、治理复垦区三大监测目标分别开展监测及可视化展示，分为以下7个功能模块进行开发（如图2所示）。

2 平台功能设计与实现

2.1 沉陷区一张图

采用GeoServer服务、GeoWebCache切片、数据库计算等技术手段，融合了基础地理信息数据、沉陷区、治理区、复垦区、矿权范围、国土空间用地情况、土地利用现状、三区三线等多源数据，通过对数据中心基础地理信息资源的调用，实现各种基础地理数据和采煤沉陷区数据的“一张图”成果展示、叠加。包括浏览、查询、平移、选择、放大、缩小、定位、清除、全屏、量测距离、量测面积等功能，方便用户查看地图数据。

根据采煤沉陷区不同沉陷值划分轻中深沉陷区范围并结合二、三维地图进行可视化展示，并从政府治理、企业治理维度，对沉陷治理区、治理复垦区空间分布进行可视化展示、统计图表分析（如图3）。

2.2 动态监测

基于InSAR监测对采煤沉陷区进行时序分析、新增土地利用分析、持续动态监测、轻中深沉陷区分析、稳沉区分析以及越界开采监测等，支持按区域和时间进行统计展示，并能够以报告的形式对统计结果进行下载（如图4）。

（1）InSAR时序分析

通过分屏比对沉陷区多年影像数据和InSAR数据，可以观察出沉陷区历年的变化，通过时序分析案例点可查看各沉陷区多年的InSAR时序变化情况。

（2）新增土地利用分析

结合第二次全国国土调查、第三次全国国土调查数据成果，以可视化图形的方式展示沉陷区内各土地类型历年面积占比情况，并对不同年份区间内的土地流入流出情况综合展示。

（3）持续动态监测

在InSAR监测的基础上，再结合2020-2023年遥感影像，在2023年采煤沉陷区位置及范围的基础上，监测采煤沉陷区地表沉陷位置及范围，找出疑似采煤沉陷区的范围，以可视化图形的方式展示沉陷区持续动态情况。

（4）轻中深分析

根据两期DEM的差值，参考历年遥感影像变化，将采煤沉陷区划分为轻度沉陷区、中度沉陷区、深度沉陷区，并分别展示六市各深度沉陷区面积对统计，在三维场景下，还可对矿区任意垂直方向做切面，系统会自动分析出该垂直面的沉陷值情况。

（5）稳沉区分析

利用InSAR动态监测和实地调查划定出六市沉陷区内稳沉数据，结合国土空间用地变化，分析统计稳沉区内耕地、生态用地和建筑用地的变化情况。

2.3 沉陷区分析

对采煤沉陷区现状、变化、责任主体灭失、沉陷区范围内土地利用情况、国土空间用地情况以及自然资源利用情况进行统计展示，以及对各类型数据历年情况做对比分析，支持按区域和时间进行统计展示，并能够以报告的形式对统计结果进行下载（如图5）。

（1）沉陷区现状分析

根据监测数据成果，对沉陷区现状进行可视化展示，统计皖北六市截止2023年沉陷区数量、面积占比以及沉陷区范围内影响耕地和损毁耕地情况。

（2）沉陷区变化分析

通过2019-2023年沉陷区监测数据对比，分析出皖北六市沉陷区的范围变化以及沉陷面积增长率。

（3）国土空间用地分析

结合采煤沉陷区内用地用海监测数据成果，以可视化图形的方式展示采煤沉陷区内各用地用海类型历年面积占比情况，并对不同年份区间内的用地用海流入流出情况、转化率等进行综合展示。

（4）自然资源利用分析

结合采煤沉陷区内永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界数据成果，以可视化图形的方式展示采煤沉陷区内各市面积对比情况，同时结合国土空间用地数据，分析了采煤沉陷区内2012～2023年皖北六市的耕地、生态用地、建设用地面积变化情况。

2.4治理区分析

对治理区现状、变化以及治理区内国土空间用地情况进行统计分析，对各类型数据历年情况做对比分析，支持按区域和时间进行统计展示，并能够以报告的形式对统计结果进行下载（如图6）。

（1）治理区现状分析

根据监测数据成果，对治理区现状进行可视化展示，统计皖北六市截止2023年治理区面积占比以及各市治理率情况。

（2）治理区变化分析

通过2019-2023年治理区监测数据对比，分析出皖北六市治理区的面积变化以及各市沉陷区、治理区变化对比情况。

（3）国土空间用地分析

结合治理区内用地用海监测数据成果， 以可视化图形的方式展示治理区内各用地用海类型历年面积占比情况，并对不同年份区间内的用地用海流入流出情况、转化率等进行综合展示。

2.5复垦区分析

对复垦区现状、复垦率、复垦变化以及沉陷区、新增沉陷区、治理区、复垦区内耕地变化情况进行统计分析，并能够以报告的形式对统计结果进行下载（如图7）。

（1）复垦区分析

根据监测数据成果，对复垦区现状和变化进行可视化展示，统计皖北六市截止2023年复垦区面积占比以及各市复垦率情况。

（2）耕地分析专题

结合第二次全国国土调查、第三次全国国土调查以及用地用海监测数据成果，从耕地角度详细分析了沉陷区、新增沉陷区、治理区、复垦区内数据变化情况。

2.6分析评价

对沉陷区、新增沉陷区、治理区内用地情况和治理成效进行统计分析，并能够以报告的形式对统计结果进行下载（如图8）。

（1）用地管理分析

结合第二次全国国土调查、第三次全国国土调查以及用地用海监测数据成果，从耕地、建筑用地、水利用地等角度详细分析了沉陷区、新增沉陷区、治理区内数据变化情况。

（2）治理成效分析

详细分析皖北六市因采煤沉陷而被破坏的土地、公共设施和环境进行综合治理恢复的区域，综合展示沉陷治理区影响范围内村庄搬迁情况以及2019-2023治理复垦区面积统计，并分析四种治理模式（光伏板区、湿地公园、村庄搬迁、土地复垦）进行治理成效分析与展示。

2.7预警预测

（1）预测分析

包括沉陷区积水预测、沉陷预测、水平移动、水平变形、倾斜变形、曲率变形等预测分析。

（2）预警分析

包括沉陷区对周围交通道路、水系、住宅等地物要素影响分析等预警分析。

3 关键技术

（1）后端开发技术

平台后端开发采用.Net Core 5.0技术，可运行于.NET Core和完整的.NET Framework之上。为在云端或者内部运行（on-premises）的应用部署提供了优化的开发框架，保持系统的灵活性。

（2）前端开发技术

平台前端开发采用Vue技术，通过尽可能简单的 API 实现响应的数据绑定和组合的视图组件。通过vue的模块封装，可将一个web开发中设计的各种模块进行拆分，通过数据绑定，调用对应模版组件，同时传入参数，即可完成对整个项目的开发。不仅易于上手，还便于与第三方库或既有项目整合。

（3）二维地图开发技术

平台二维地图开发采用OpenLayers技术，支持包括Google Maps、Yahoo、 Map、微软Virtual Earth 等多种地图，可与其他图层在OpenLayers 中进行叠加。支持Open GIS 协会制定的WMS（Web Mapping Service）和WFS（Web Feature Service）等网络服务规范，可以通过远程服务的方式，将以OGC 服务形式发布的地图数据加载到基于浏览器的OpenLayers 客户端中进行显示。

（4）三维地图开发技术

平台三维地图开发采用Cesium技术，Cesium是一款面向三维地球和地图的，世界级的JavaScript开源产品。它提供了基于JavaScript语言的开发包，方便用户快速搭建一款零插件的虚拟地球Web应用，并在性能，精度，渲染质量以及多平台，易用性上都有高质量的保证。

（5）面向大数据的可视化技术

大数据可视化技术涉及传统的科学可视化和信息可视化，从大数据分析将掘取信息和洞悉知识作为目标的角度出发，根据信息的特征把信息可视化技术分为一维信息、二维信息、三维信息、多维信息、层次信息、网络信息、时序信息可视化等。

4 结语

安徽省皖北六市采煤沉陷区三维可视化监测平台通过对沉陷区范围内的基础地理数据、采煤沉陷区空间分布、历年影像及InSAR数据进行可视化展示，利用新型 InSAR 遥感技术对沉陷区范围、累计沉降量、年平均沉降速率开展时间序列的沉降监测，追溯2019-2023年皖北六市采煤沉陷区空间分布、时间序列，结合安徽省皖北六市矿权范围线，全面掌握皖北六市采煤沉陷区时空特征，预测沉陷区地表形变规律，并划定基本稳定区。系统从多个维度对沉陷区、治理区、复垦区的全方位动态监测和统计分析，实现了沉陷区生态保护修复全生命周期监管与决策。

后续将继续整合更新的数据成果，持续升级与完善采煤沉陷区三维可视化平台，全面提升安徽省对沉陷区生态修复项目实施过程与成效监管的信息化水平，为政府履行环境保护和监督管理职能提供技术支撑。

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作者简介：姜文聪（1987-），女，山东泰安人，硕士，工程师。主要从事遥感图像处理及地理信息系统开发。联系电话：13195518699，E-mail：754378480@qq.com。