铀尾矿库安全及地理信息数据管理系统研发

胡良才，李哲辉，郭大平，李玉雷，张 宁

(中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021)

铀尾矿库是铀矿山的重要基础性工程，也是重大的放射性危险源[1]。尾矿库坝体一旦失事，库内贮存的尾矿、水将以泥石流形式涌出，快速冲泄向下游，不仅严重威胁下游居民的生命财产安全[2-3]，还可能使下游环境受到放射性污染。地理信息具有随时空变化的特征[4]，铀尾矿库干滩长度、水面面积等数据是重要的危险源数据，全面掌握尾矿库安全信息及周围地理环境等信息是保障尾矿库安全稳定运行的前提，是制定尾矿库政策的依据。

据国家安监总局《关于印发开展尾矿库专项整治活动工作方案的通知》要求，中国部署了尾矿库专项整治活动，针对安监总局管辖范围内的所有尾矿库(不含铀尾矿库)，开发建立了基本情况数据库[5-7]；但各行业未单独建立某行业内的尾矿库数据库。

中国尾矿库数据库建成年代较早，采用的开发平台先进性未得到有效体现。为保障铀尾矿(渣)库安全稳定运行，实现铀尾矿(渣)库安全监管的科学化、信息化，有必要基于先进信息化水平，采用适宜的系统开发模式，研发核工业铀尾矿库(渣)安全及地理信息数据管理系统。

1 系统开发环境

1.1 系统开发目标

系统开发目标是建立铀尾矿(渣)库信息管理平台，安全存储、便捷管理及方便查询铀尾矿(渣)库基础信息，分析尾矿(渣)库运行状态、分布情况等，提升铀尾矿(渣)库安全监管信息化水平，保障铀尾矿(渣)库安全稳定运行。

为便于使用及维护，系统还包括如下具体目标：1)易用性好，方便数据录入、修改、查询、统计分析、制图制表、导出；2)具有可扩展性；3)安全性高，对用户进行分级授权。

1.2 系统开发模式及环境

数据管理系统开发模式包括浏览器/服务器(Browser/Server，简称B/S)和客户机/服务器(Client/Server，简称C/S)模式。B/S开发模式具有系统开发维护成本低、开放性和扩展性良好、界面友好、信息系统集成性强等优点[8-9]。核工业铀尾矿(渣)库安全及地理信息数据管理系统采用B/S模式进行设计，既可单机运行，也具备接入中核集团专用网络联网运行的功能。系统软件开发环境见表1。

表1 系统软件开发环境Table 1 System software development environment

2 系统架构设计

2.1 系统开发技术

数据库技术作为计算机科学技术的重要分支，是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理的核心。核工业铀尾矿(渣)库安全及地理信息数据管理系统以MySQL数据库和苍穹三维地理信息平台(KQGIS 3D)为支撑进行系统开发，并集成了众多先进的软件开发技术[10-11]，以更好地保持系统整体安全性及技术先进性。

MySQL是关系型数据库[12]，用来存放系统表、字典表、附件表、尾矿库各项属性信息表。KQGIS 3D是由中国企业自主研发的国产化地理信息系统，支持三维模型、矢量、影像、数字高程模型、倾斜摄影、点云等各种数据类型，支持海量三维地理信息数据的存储、管理、检索、分析等，系统安全可靠，使用方便，全面支持国产化环境。MySQL数据库内部包含3级数据结构，从大到小分别为工作空间、数据集和要素类，可以实现数据优化与加速，增强用户在三维地理信息系统中的操作体验。苍穹三维地理信息系统提供多语言、跨平台的二次开发组件，支持C++、JavaScript、Java、.Net等开发语言，支持桌面、网页等多平台开发[13]。

2.2 系统总体架构

系统总体框架按照五层结构表达，分别为基础设施层、平台服务层、数据资源层、应用层、用户层，如图1所示。

图1 系统总体架构图Fig. 1 System architecture diagram

基础设施层提供资源池，为系统运行提供硬件和软件基础支撑环境。平台服务层采用国产的苍穹三维地理信息系统提供服务、引擎及各类服务组件，负责对基础物理资源、数据资源、开发环境、通用资源、应用服务等进行统一管理、监控与调度。数据资源层包含涉及到的所有数据，如尾矿库基本信息、企业信息、工程信息等安全信息，以及尾矿库周边影像数据、地形数据、三维模型数据等地理信息。数据层负责数据的统一组织与管理，为应用层提供数据支撑。应用层即为开发的系统。用户层位于应用层上部，通过网络或单机使用铀尾矿(渣)库信息查询、附件管理、三维导览、三维分析等服务。

系统设计时还考虑到与尾矿(渣)库其他管理部门的数据共享情况，并考虑远期目标的需要，留出相应模型的分析接口，便于接入模型进行分析。

3 系统主要功能

数据管理系统主要包括尾矿库信息管理、三维地理信息分析、数据统计分析、系统维护与管理4个功能模块，可实现铀尾矿(渣)库基础信息的新增、修改、导出等功能，分析展示尾矿库安全状态、运行状态等，还可基于三维地理信息系统进行距离、高程、面积等的量测、坐标标注、地形分析、淹没分析等。

3.1 信息管理模块

信息管理模块可实现对铀尾矿(渣)库安全信息数据，包括基本信息、企业信息、工程信息等数据的新增、修改、删除、查询、展示、导出等功能。系统设置数据导入口，可以批量导入尾矿(渣)库信息，还具有一键生成报表的功能。

系统具有地图导航功能，可通过点击系统主界面上尾矿库分布图中的尾矿(渣)库名称查询尾矿库(渣)信息，亦可通过输入尾矿库(渣)名称、运营企业名称等信息进行查询，还可通过输入尾矿库坐标进行精确定位查询。

基本信息包含尾矿库区域位置、经纬度、建设时间等。尾矿库基本信息如图2所示。

图2 尾矿库基本信息Fig. 2 General information of tailings pond

3.2 三维地理信息分析模块

尾矿库三维地理信息包括尾矿库地形、干滩长度、水面面积等。系统基于苍穹三维地理信息系统进行尾矿库三维地理信息管理分析。系统支持矢量、模型、影像、高程、倾斜摄影、视频等多种数据类型，支持数据统一入库管理，实现海量数据管理，能够流畅地存储和读取大数据量的地理信息数据。系统支持三维场景中的空间查询和属性查询：点、线、面、体的空间查询，属性字段查询；支持多种格式导出，包括高清图片、视频等。

三维地理信息模块支持三维场景中多种分析功能，包括基本测量：坐标、水平距离、垂直距离、直线距离、地表距离、投影面积、地表面积、坡度；通用分析：通视分析、视域分析、控高分析、雷达分析、阴影分析；支持地形分析：等高线、坡度、填挖方、无源水淹、有源水淹等。通过上述功能，可直接标注尾矿库特征点坐标，量测坝体长度、高度、尾矿库干滩长度、水面面积、占地面积等，还可分析尾矿库下游地形，为应急救援、逃生提供指导。系统还可模拟各种自然天气，多角度立体展示铀尾矿(渣)库。系统尾矿库占地面积量测功能如图3所示。

图3 尾矿库占地面积量测Fig. 3 Measuring area of tailings pond

3.3 数据统计分析模块

数据统计分析模块可对尾矿库安全状态、运行状态、坝高、总库容等进行统计分析，并以图表形式展示，直观展示尾矿库统计分析情况。尾矿库运行状态分析如图4所示。

图4 铀尾矿库运行状态分布Fig. 4 Operation state of uranium tailings pond

3.4 系统维护与管理模块

3.4.1 系统登录

系统管理员为用户分配用户名及密码，用户登录后进入系统主界面。大部分工作都在主窗口进行，主界面采用Windows界面风格、单文档窗口结构，以简洁、方便、风格一致为设计原则。

3.4.2 系统管理

系统按照树形结构管理，实现用户管理、角色管理、菜单管理、机构管理、数据源配置、尾矿库字典新增、修改、删除等功能。管理员可为当前系统新增、修改、删除用户信息，设置用户角色(图5)。

图5 用户管理树状图Fig. 5 User management dendrogram

系统用户角色分为系统管理员、上级领导、普通用户等。管理员拥有整个系统所有功能的最高权限，负责系统用户账号的管理及尾矿库信息的维护。上级领导可使用界面展示菜单中所有功能及查看所有尾矿库信息。普通用户可查看所辖范围内尾矿库的基本信息。不同用户具有不同级别权限，可最大程度保证数据信息安全。

4 结论

基于国内自主研发的大型三维地理信息平台，采用浏览器/服务器架构，研发了核工业铀尾矿(渣)库安全及地理信息数据管理系统。系统功能丰富、操作简便、界面友好、安全性高，有可靠的技术支撑和数据安全保障，可实现尾矿(渣)库安全及地理信息的快捷查询、管理及输出。该系统对于全面掌握铀尾矿(渣)库基本情况，提升铀尾矿(渣)库安全预测预警及应急处理能力，保障铀尾矿(渣)库安全运行具有重要意义。