System GIS zapewnia odpowiedzialne i efektywne działanie górnictwa

Opracowanie: Barbara Leigh Shields

Nowy Meksyk, o powierzchni 121 000 mil kwadratowych, jest piątym co do wielkości stanem USA. Nadzorowanie operacji górniczych na tak dużym obszarze przy zachowaniu budżetu to nie lada osiągnięcie. Pracownicy Departamentu Energii, Minerałów i Zasobów Naturalnych stanu Nowy Meksyk w Wydziale Górnictwa i Minerałów są jednak zaradni i zmniejszają koszty operacyjne za pomocą systemu GIS, pozyskując dane za darmo lub po niskich kosztach i tworząc partnerstwa w zakresie udostępniania danych geoprzestrzennych i technicznych.

Wydział Górnictwa i Minerałów dba o to, aby działalność górnicza, od poszukiwań po rekultywację, prowadzona była w sposób odpowiedzialny. Mapy stanowią linię bazową dla analizy działań i zakłóceń powodowanych przez działalność górniczą w całym rozległym krajobrazie stanu. Wydział Górnictwa i Minerałów wykorzystuje oprogramowanie GIS firmy Esri do rozpatrywania wniosków o zezwolenie na eksploatację i poszukiwanie złóż oraz do raportowania wpływu na gospodarkę.

Dwa z czterech programów Wydziału Górnictwa i Minerałów (Rekultywacja kopalni węgla i Rekultywacja opuszczonych terenów kopalnianych) zostały utworzone w ramach ustawy Surface Mining Control Reclamation Act (SMCRA) z 1977 roku, która tworzyła porozumienia partnerskie z Biurem Departamentu Stanów Zjednoczonych Interior Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement (OSMRE). Dotacje zapewniają pracownikom Wydziału Górnictwa i Minerałów środki na zbieranie informacji geoprzestrzennych samodzielnie lub z pomocą konsultantów. W ramach programu rekultywacji kopalni węgla nawiązano współpracę z operatorami górniczymi w celu udostępnienia map i danych geoprzestrzennych. Pracownicy programu rekultywacji na podstawie ustawy o górnictwie zbierają lokalizacje zezwoleń i śledzą rekultywację, używając GPS do wypełnienia bazy danych geoprzestrzennych.

Do oceny działań związanych z rekultywacją górniczą stan wykorzystuje numeryczne modele wysokościowe (DEM) i numeryczne modele terenu (DTM) z różnych okresów czasu, przy czym większość tych modeli została utworzona przez służbę geologiczną US Geological Survey. Ponadto pracownicy korzystają z ortoobrazów pozyskanych od władz federalnych, stanowych i lokalnych oraz od operatorów kopalni. W ostatnich latach Wydział Górnictwa i Minerałów wykorzystał ortoobrazy pozyskane w ramach krajowego programu obrazowania rolnictwa Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych do utworzenia nowszych, ogólnostanowych modeli DEM i DTM.

Modele DEM i DTM oferują geograficzne reprezentacje tego, jak wyglądały obszary przed wydobyciem. Modele ujawniają zbiorniki wodne i zapory wzdłuż korytarzy melioracyjnych i identyfikują te, które zostały naruszone. Modele przedstawiają również wzorce zlewni wskazujące falistość, co stanowi metodę analizy cech hydrologicznych i topologicznych. Wydział Górnictwa i Minerałów wykorzystuje modele numeryczne, zwracając się do operatorów kopalni w celu odtworzenia określonego stopnia falistości.

System GIS pomaga Wydziałowi Górnictwa i Minerałów śledzić aktywność górniczą w całym stanie, jak również egzekwować przepisy dotyczące rekultywacji kopalni odkrywkowych i opuszczonych terenów kopalnianych. System GIS wskazuje zmiany terenu, przedstawia na mapach wpływ działalności kopalń, dostarcza wytycznych dla projektów rekultywacji kopalń oraz śledzi wszystkie obowiązkowe oceny środowiskowe i kulturowe przed opracowaniem projektu.

Oczywiście Departament Środowiska stanu Nowy Meksyk również ma interes w tym, aby kopalnie działały sumiennie. System GIS wspiera współpracę Wydziału Górnictwa i Minerałów z Departamentem Środowiska w zakresie rozpatrywania wniosków o wydawanie pozwoleń. Mapy ułatwiają agencjom przegląd i komentowanie zezwoleń na budowę kopalni i planów zamknięcia, a także zapewniają uwzględnienie norm środowiskowych w każdym wniosku. Departament Środowiska współpracuje również z Wydziałem Górnictwa i Minerałów w zakresie monitorowania działań związanych z rekultywacją górniczą.

„System GIS pomaga Wydziałowi Górnictwa i Minerałów ustalić priorytety, gdzie należy wydać pieniądze na projekty rekultywacji powierzchni” — powiedziała Linda S. DeLay, (GISP, Wydział Górnictwa i Minerałów).

Linda wykorzystała system GIS do ustalenia priorytetów działań związanych z porządkowaniem terenów. Przeanalizowała ona lokalizację wcześniejszych kopalni uranu i uszeregowała je pod względem istotności pod kątem rekultywacji. Podstawą do nadania rangi każdej z tych kopalni było jej sąsiedztwo z ciekami wodnymi, terenami rolniczymi, obszarami miejskimi i studniami. Linda wykorzystała następnie model GIS z nakładką ważoną, aby przedstawić na mapie priorytety w zakresie rekultywacji. Przedstawiła mapę New Mexico Legacy Uranium Mines na spotkaniach Wydziału Górnictwa i Minerałów i siostrzanych agencji oraz na konferencji krajowej. Mapa pomogła decydentom w podjęciu decyzji o tym, gdzie przeznaczyć zasoby.

SS1. Mapa ta pomaga Wydziałowi Górnictwa i Minerałów ustalić priorytety działań rekultywacyjnych dla kopalni uranu.

W celu monitorowania rekultywacji kopalni węgla Wydział Górnictwa i Minerałów złożył wniosek o dotację z Regionu Zachodniego OSMRE na pozyskanie zobrazowań satelitarnych WorldView-2. Wykorzystując te zobrazowania wraz z badaniami roślinności naziemnej, analityk teledetekcji tworzy mapy wykrywania zmian roślinności na potrzeby projektu rekultywacji miasta po opuszczonej kopalni węgla Vermejo Park Ranch, aby pomóc specjalistom w ocenie odnowy roślinności i łagodzenia skutków zmian na terenach podmokłych.

Działania w zakresie rekultywacji geomorficznej obejmowały redystrybucję i zakopanie odpadów węglowych, jak również przekształcenie kanałów strumieniowych w bardziej naturalny wzór. Celem tych prac geomorficznych jest wyeliminowanie przemieszczania się odpadów do odpływów zlewni. Urządzenia GPS zostały przymocowane do sprzętu do robót ziemnych, aby sporządzić mapę nowego projektu terenu. Zobrazowania były tak szczegółowe, że analityk mógł się dowiedzieć, ile drzew szpilkowych i jałowców znajdowało się na danym terenie.

Wydział Górnictwa i Minerałów utworzył tę mapę roślinności z wykorzystaniem wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych i badań roślinności. Mapa jest używana do wykrywania zmian w trakcie odnowy roślinności i do monitorowania wegetacji.

Analitycy wykorzystują również dane lidarowe. Podczas gdy zobrazowania satelitarne zapewniają obraz kopalni odkrywkowych z bliska, obrazy GIS na podstawie danych lidarowych oferują bardzo szczegółową perspektywę 3D. Te zaawansowane mapy 2D i 3D pokazują stan obszaru przed rozpoczęciem działalności kopalni.

Wydział Górnictwa i Minerałów wykorzystał również system GIS do oceny wpływu na roślinność i teren wokół działającej kopalni węgla El Segundo i kopalni projektowanej. Aby udokumentować bazowe warunki ukształtowania terenu, Departament Energii, Minerałów i Zasobów Naturalnych stanu Nowy Meksyk pozyskał dane lidarowe dotyczące dwóch obszarów o powierzchni 25 mil kwadratowych, które zostały przechwycone przed rozpoczęciem działalności górniczej. Pracownicy wykorzystali pierwsze dane lidarowe do odtworzenia obrazów gęstości roślinności oraz dane lidarowe gołej ziemi do modelowania terenu. Rendering lidarowy stanowi plan tego, co przedsiębiorstwo górnicze będzie musiało zrobić, aby przywrócić pierwotny kontur terenu i roślinność do stanu wyjściowego.

Pracownicy znaleźli mniej kosztowny sposób pozyskiwania danych, wykorzystując bezzałogowy statek powietrzny. Kompaktowa kamera zamontowana na stałopłatowym bezzałogowym statku powietrznym Trimble UX5 wykonuje dużą liczbę nachodzących na siebie ortofotografii. Przetwarzanie fotogrametryczne tych zdjęć generuje chmurę punktów o wartościach x,y,z, renderując trójwymiarowy model topograficzny. Wydział Górnictwa i Minerałów wykorzystał tę technikę i system GIS do utworzenia modelu topograficznego projektu odbudowy strumienia w historycznym miasteczku górniczym. Przypisując punktom wartości RGB zdjęcia, pracownicy obliczali wysokości roślinności. W celu sprawdzenia dokładności danych z teledetekcji pracownicy udali się w teren, aby zmierzyć wysokość próbek roślinności na potrzeby porównania.

Kamera zamontowana na bezzałogowym statku powietrznym szybko wykonuje zdjęcia. Są one poddawane obróbce fotogrametrycznej w celu wygenerowania chmury punktów dla trójwymiarowej reprezentacji strumienia.

Wydział Górnictwa i Minerałów używa obecnie oprogramowania Microsoft SQL Server zintegrowanego z oprogramowaniem Esri ArcGIS for Server do zarządzania większością informacji o kopalni, geobazami i aplikacjami map internetowych. Wydział przenosi więcej swoich danych geoprzestrzennych na platformę Esri. Geobaza zawiera dane pochodzące ze stanowego repozytorium danych GIS o zasobach, dane od operatorów kopalni i innych podmiotów, a także dane wygenerowane we własnym zakresie.

Wydział Górnictwa i Minerałów udostępnia informacje górnicze społeczeństwu przez swoją witrynę internetową. Witryna obsługuje system GIS z wykorzystaniem oprogramowania ArcGIS for Server z aplikacjami utworzonymi w technologii Silverlight. Użytkownicy mogą sprawdzić lokalizacje i nazwy kopalni, które są zakodowane jako kopalnie aktywne, kopalnie nieaktywne i kopalnie, w przypadku których nastąpiło zwolnienie z formalnego zobowiązania. Mogą również zobaczyć granice ustalone w ramach zezwoleń na wydobycie węgla, okręgi węglowe w Nowym Meksyku oraz zagłębia węglowe USA z charakterystyką według rodzaju węgla. Mapa ma też warstwę typów gleb oraz warstwy okresów geologicznych. 

Ta interaktywna mapa kopalni węgla jest dostępna w witrynie internetowej wydziału górnictwa.

Technologia Esri pomaga agencjom górniczym na całym świecie w poszukiwaniach, zarządzaniu gruntami, operacjach górniczych i zarządzaniu środowiskiem. Więcej informacji zawiera witryna esri.com/mining.