摘 要：本文通過分析對比了目前礦山地質環境評價常用的幾種方法，確定了對應研究區域的礦山地質環境評價指標體系，并利用ArcGIS Engine建立礦山地質環境評價系統。重點闡述了礦山地質環境指標的確立和利用層次分析法確定因素權重，介紹了系統開發的總體設計思路、系統的基本組成結構、系統的專業模塊構成、系統的功能，并且通過實驗區域數據對系統進行了應用。

　　關鍵詞：評價指標體系 ArcGIS Engine 礦山地質環境 層次分析法

　　Abstract：  Through analysis and comparison of the current geological environment evaluation of several methods used to determine the study area corresponding to the mine geological environment evaluation system, and using ArcGIS Engine establish a mine geological environment evaluation system. Focuses on the geological environment indicators of the establishment and use of AHP to determine factor weights, introduced the system development the overall design concept, the system's basic composition and structure, the system of professional modules, system function, and on the experimental area data system was applied.

　　1 概述

　　在我國，雖然應用GIS技術開展礦山地質環境評價的研究起步較晚，但是近幾年來取得了令人矚目的成就。但是仍然存在不足：①對GIS的應用多為對評價數據的初級處理和統計分析，并沒有將GIS功能集成為系統，操作復雜；②接觸（利用）的GIS平臺多，數據格式多，不易處理應用；③數據庫管理功能較弱，研究時所使用數據庫是GIS系統自帶的數據庫或者是單純的屬性庫，在數據管理、共享和存儲等多元化方面受到一定的限制，在總結以上經驗的基礎上本文研究并實現了基于ArcGIS Engine的礦山地質環境評價系統。

　　2 礦山地質環境評價方法及評價指標體系的確定

　　2.1評價指標體系的確定

　　礦山作為一個復雜的系統，其指標體系必須考慮幾個原則即①區域特殊性原則；②系統協調原則；③綜合性原則；④層次性原則；⑤可操作性原則。根據上述原則，結合研究區域的區域地質環境背景特點及調查統計情況，選取影響程度突出的指標進行評價，構建礦山地質環境評價體系。其包括兩個層次：①要素層，即區域地質環境背景、資源損毀、地質災害和環境污染4個要素；②指標層，即每一要素包括若干指標，其中礦山地質環境背景條件，指標層共選取了包括地貌條件、土地壓占破壞、崩塌、水源污染等20項指標。

　　2.2要素指標加權分值綜合評價模型

　　礦山地質環境的綜合評價，需要將礦山種種地質問題的嚴重程度給予定量綜合評定，本文采用要素指標加權分值綜合評價法。要素指標加權分值綜合評價模型為：

　　(式2-1)

　　其中，Fj--要素加權分值（j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）；Fi--每一要素中各指標評定分值；Wi--各指標權值；n--各要素指標個數（每一要素中n可能不同）。

　　地質環境等級綜合評價：

　　(式2-2)

　　其中，F0--地質環境綜合加權評價分值；Wj--各要素權值；j--環境地質問題所含要素，一般n′=1，2，3，對應于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ要素。

　　2.3 指標權值的確定

　　權值是反映不同評價因子間相對其某評價觀點的重要性程度差異，具有明顯的模糊性特征[2]。鑒于環境評價方法的現狀和發展趨勢，在環境質量評價時，根據不同層次評價因子的特點，兼顧分析權植問題在很多領域應用的特點，本次評價采用層次分析法（AHP法）確定因子權重值。根據層次分析法(AHP)原理,在咨詢相關專家意見的基礎上,構建判斷矩陣,計算權向量,通過一致性判斷檢驗, 層次分析法的基本步驟可按下面3步進行：

　　1)構造判斷矩陣

　　設F={F1, F2, …, Fm}是一個由F層評價指標組成的指標集；對于i=1,2, …,m設Si={S1, S2, …, Sm}是對應于F={i=1,2, …,m}的評價因子S層組成的指標集。

　　判斷矩陣為P（Fij）= 。其中，Fij表示Fi對Fj的相對重要性數值。同理可構造判斷矩陣P（Sij），矩陣中各元素按1-9等比率標度法取值。

　　2)權值的計算

　　（1）計算判斷矩陣每行元素的乘積Li：

　　（2）計算Li的N次方根： 式中，n為N次方根。

　　（3）對向量進行歸一化處理：  式中P=（P1，P2，…，Pn，）T為特征向量。

　　（4）判斷矩陣最大特征值：  式中，（AP）i表示AP向量的第i個元素。

　　3)一致性檢驗

　　一致性檢驗采用 ,其中，n為判斷矩陣的階數。平均隨機一致性指標(R.I.)是多次重復進行隨機判斷矩陣特征的計算之后取算術平均數而得到的。當n>2時，CR=(C.I./R.I.)<0.1時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，此時權系數可求得，否則需重新調整判斷矩陣。

　　2.4 評價標準及單元的劃分

　　礦山環境綜合指數是一個不斷變化發展的指數,不同地區,同一地區的不同發展階段可能表現出不同的水平[5]。將礦山環境評價指標體系分為3個等級，見表1。

　　表1　礦山環境綜合指數分級標準

　　Tab.2 Environmental assessment′s synthetic indexes′level distinguish standard

　　3.1開發環境

　　系統采用VS2005作為平臺,利用ESRI公司的ArcGIS Engine開發包開發。ArcGIS Engine是一組完備的并且打包的嵌入式GIS組件庫和工具庫,能在各種編程接口中應用。ArcGIS Engine開發包由控件、工具條和對象庫組成。工具條可調用,使建立定制應用的過程被簡化[3]。開發者可以很容易地將選擇的工具拖放到定制應用中或創建自己定制的工具來實現與地圖的交互操作。對象庫是可編程ArcObjects組件的集合,包括幾何、顯示、GeoDatabase和三維分析等一系列庫,可供用戶用于從低級到高級的各種應用功能的開發。

　　3.2　數據組織與存儲

　　根據礦山地質環境評價指標體系的需要，本系統所需數據包括:研究區基礎空間數據，研究區遙感影像數據和專業環境數據(土壤、水環境的采樣點化驗后數據)。利用Geodatabase數據存儲模型將所有數據存儲于關系數據庫Oracle中,所有的空間數據有相同的參考坐標系以及范圍,按類別將空間數據分為基礎空間數據和環境空間數據兩個要素集(featuredataset),將他們各自下屬的空間數據按層組織為點狀、線狀、面狀的要素類(featureclass),如基礎空間數據中包含線狀道路圖層、面狀建筑圖層等。研究區的遙感影像數據經過預處理之后通過ArcSDE存儲到Oracle中,以柵格數據集( raster dataset)的形式存儲。客戶端通過ArcSDE操作數據。

　　3.3 軟件的結構設計

　　礦山地質環境評價系統架構框圖如圖1所示：

　　圖1礦山環境地質環境評價系統框架圖

　　Fig.1 Framework of mineral environment assessment system

　　3.4系統功能設計

　　系統由系統參數設置，GIS基本功能與礦山地質環境評價功能三部分組成。

　　3.4.1系統參數設置

　　系統設計參數設置功能包括：該模塊可實現系統用戶管理、用戶添加與刪除等操作，能夠對用戶設置各級操作權限，根據不同權限設置用戶對系統的操作范圍。兼顧對數據的維護與礦山地質環境符號化定制功能。

　　3.4.2 GIS基本功能

　　系統具備基本的GIS功能：數據瀏覽功能、信息變更編輯功能、檢索查詢功能、信息統計功能、空間分析功能：

　　3.4.3 礦山地質環境評價功能

　　運用GIS進行礦山地質環境評價,充分利用其空間疊加分析功能, 將影響礦山地質環境的問題包括塌陷、地面塌陷等地質災害和土地占用與破壞、水資源破壞等指標進行單要素分析并在計算機內存儲為一個圖層，應用地理信息系統(GIS)圖層疊加分析功能，結合本文確定的評價模型與指標權重計算方法，將所有圖層進行空間疊加，生成新的區域和圖層，對新的圖層根據其內部屬性表的屬性值進行相應的分級，最終得到礦山地質環境綜合評估分區圖，其原理如圖2所示。

　　圖2 評價分析方案圖

　　Fig.2 Project of assessment and analysis

　　3.4.4 礦山地質環境評價系統界面

　　系統的界面本著對用戶友好使用的原則進行設計,廣泛采用多級下拉菜單形式（圖3）。使用戶可以方便地找到所要的處理步驟。在處理某些文件時,無用的菜單將會被系統隱藏。

　　4 系統應用實驗

　　選取某礦區實驗數據,由礦區SPOT5影像經過處理得到植被覆蓋度指標圖層和土地利用現狀指標圖層;建立數據庫,將環境采樣點數據、基礎地理數據、地質災害范圍數字化,分層組織入庫,輸入屬性數據。完成基礎數據準備后，將輸入數據進行柵格化得到各項指標的柵格圖層，結合礦山地質環境評價模型，對柵格進行計算，得到結果如圖4。其中可以看出,該礦區生態環境質量比較良好,除中心少數區域屬于嚴重水平和其周圍部分的中等外,大部分地區基本未受影響。其中嚴重區、中等區、一般區的面積比例為6:3:1，與外業勘測的實際情況基本符合。

　　Fig.3 Project of assessment and analysis        Fig.4 Project of assessment and analysis

　　5 結語

　　將GIS用于礦山開發與環境保護，并在ArcGIS Engine基礎上進行了二次開發，建立了不僅具有查詢功能，而且具有對空間數據分析的礦山地質環境評價系統。該系統應用具有以下優勢：（1）采用柵格數據格式進行評價，避免了矢量數據在多源空間信息疊加時出現的細小圖斑，使得評價結果更為合理；（2）利用ArcGIS Engine開發，更有利于系統的推廣和使用；（3）利用遙感影像結合實地采樣數據，既能做到及時反映礦山地質環境的現狀又能做到不同時期的對比，及時反映礦山地質環境的動態變化，以觀測出未來環境的發展趨勢；（4）利用GIS強大的空間數據管理、分析功能,發揮了GIS在環境評價領域的作用,實現礦區環境管理及評價工作的自動化。礦山地質環境評價系統實現了礦山地質環境評價的自動化，為礦山地質環境治理保護與發展提供了依據。系統雖然完成了對礦山地質環境的評價，但是由于研究區域比較單一，使得在指標體系與評價模型等方面依然有些片面，如何將系統建設得更加全面，使之能夠面對更多的情況，這將是今后研究的重點。

　　參考文獻：

　　[1] 陳玉華，陳守余. 基于MAPGIS的礦山環境評價分析軟件開發[J].安全與環境工程, 2004,

　　[2] 陳橋,胡克,雒昆利,等.基于AHP法的礦山生態環境綜合評價模式研究[J].中國礦業大學學報,2006.

　　[3] 韓鵬,王泉,王鵬,等.地理信息系統開發-ArcEngine方法[M].武漢大學出版社, 2008-09.

　　[4] 尹德濤,南忠仁,金成洙.礦區生態研究的現狀及發展趨勢[J].地理科學, 2004, (2).

　　[5] 羅智勇，劉湘南.基于Geodatabas模型的空間數據庫設計方法. [J]地球信息學.2004，6，

　　[6] WU Qiang,LI Wei .Study on Assessment of Mine Environments[J].ACTA GEOLOGICA SINICA,2008, (5)1027-1034