南方离子型稀土矿点大多位于偏远山区，山高林密、矿区分散、矿点众多，导致监测和管理成本高、难度大，非法开采屡禁不止^[1-2].无序粗放式的资源开发方式给当地带来严重的生态环境问题，造成农田荒芜和水源污染，民间冲突加剧，群体性事件频现, 严重威胁当地居民正常生活^[3-5].由于稀土矿点规模小且分散，隐蔽性高，政府监管部门监管难度大，经常顾此失彼，遏制非法开采，保护矿区环境成为稀土矿区治理最为突出的问题.随着空间信息科学的快速发展，近年来遥感技术方法引起广泛关注，并被应用于稀土开采监测^[6-7], 但遥感影像由于时效性问题以及稀土开采者的有意遮挡，对矿点识别会产生漏判，也存在一定局限性.公民有检举、控告污染及破坏环境的单位和个人的权利，我国也对公众参与环境保护做了相关的法律规定，明确了公众对环境保护的责任与义务.公众参与环境监管机制正成为政府监管的有益补充，也得到一些学者关注，并且在公共设施选址^[8-9]、矿区土地复垦^[10]、环境保护^[11-12]、城市规划^[13]等领域得到应用.智能手机的快速普及，为各种移动端的地理位置服务提供了平台，迅速成为公众参与的重要媒介，显示出较大的应用潜力.如赵庆展等^[14]以Android/IOS手机操作系统为平台, 运用相关技术，减少棉田病虫害对棉花造成的损失；SONG^[15]应用移动手机传感器对用户行为类型进行分析和预测；MERZOUGUI R^[16]通过移动电话快速诊断患者和检测他们的健康状况; BROVELLI^[17]通过手机移动端GIS应用程序，发动公众参与城市监测和规划.文中借鉴上述方法，利用智能手机作为稀土非法开采点的数据移动采集平台，开发基于GIS技术的稀土非法开采举报监管平台系统，发动当地公众参与矿区环境管理，作为政府稀土监管的一个强有力的补充，有可能从根本上遏制稀土非法开采及环境破坏问题，文中对此展开探索.

1 公众参与监管模式及框架构建 1.1 公众参与监管模式构建

结合当前移动GIS技术^[18]，构建公众参与的稀土开采监管模式，如图 1所示.

该监管模式下包括2个移动端和1个管理端，移动端包括公众举报端和移动执法端.公众只需下载1个公众举报端程序就可以通过智能手机终端参与到稀土盗采监管中来，对疑似稀土盗采点及稀土开采中的环境问题进行举报.通过智能手机终端填写举报信并进行拍照取证，智能手机终端将举报信息及举报点的位置信息上传到服务器的数据库中.平台Web端工作人员通过查询上传到数据库的举报信息，在地图上根据信息中的位置信息自动标记注出举报点的空间位置，从而实现对稀土非法开采及环境污染问题的实时监控.执法端的主要用户为稀土执法工作人员，通过下载移动执法端程序进行执法.

Web端工作人员可以对举报点进行一些统计分析，根据分析情况安排合理的执法路线，并在线查询执法人员是否有执法任务，对没有执法任务的执法人员根据就近原则分配执法任务，执法人员可以获取Web端工作人员分配给他的任务.收到任务后执法人员根据任务导航功能进行现场执法，在执法过程中，通过间隔发送执法人员地理位置信息到数据库，Web端读取位置信息实现对执法人员的执法过程监控，执法完成后通过拍摄现场照片及执法报告上传到Web端，Web端核实报告并进行相关处理.从而实现对执法人员和执法过程的监控管理.

Web端将利用GIS的分析功能对某段时间内的举报信息进行统计查询及热点举报区域分析，对热点区域进行重点监控，并安排执法人员通过执法端进行定期巡查，实现整个举报、执法、巡查的信息化智能化管理，并通过网络平台系统的权限管理功能，充分保障举报人和执法人员的隐私和个人信息安全，实施合理的奖惩制度，提高举报平台的可参与性及监管效率.

1.2 平台框架构建

根据监管模式，平台系统总体框架如图 2所示.

在图 2中，平台系统采用4层框架结构，包括数据库层、应用支撑层、业务逻辑层、用户表现层.数据库层包括系统平台所需的各种类型数据资料，数据资料存入大型数据库管理系统SQL Server中，并通过ESRI的数据引擎进行各种来源数据的一体化管理.其中，GPS数据库中存放执法人员的智能终端传回的实地执法的实时GPS数据，以方便对执法人员执法过程监控和回放；地图数据库存放稀土矿区的详细地形数据及相关的属性数据；举报数据库存储举报终端长期以来的历史和现期稀土非法开采及环境污染举报信息，该数据是执行巡查和举报信息分析的基础；人员数据库主要对执法人员信息进行管理；文件数据库存储相关的政府公文、工作总结、视频、图片等数据.应用支撑层的Web端在Visual Studio 2010开发环境下，采用ArcGIS API for Javascript技术进行开发，移动端在Eclipse开发环境下，采用ArcGIS Runtime SDK for Android技术进行开发.业务逻辑层包括Web端和2个移动终端的业务功能，是平台系统的核心.用户表现层通过台式机、笔记本及智能手机等终端的浏览器、应用程序，采用人机交互界面，与用户及相关工作人员进行交互.

2 平台子系统及特色功能设计

整个平台系统由运行于Web端的网络监控子系统和运行于智能手机的非法开采举报及非法开采执法总计3个子系统构成，另外，采用热点分析方法对举报点进行统计分析，确定非法开采热点区域，以方便对热点区域进行重点监控，该功能为系统特色功能，平台子系统及特色功能设计如下.

2.1 网络监控子系统

运用ArcGIS API for Javascript技术，该技术是ESRI公司根据JavaScript技术实现的调用ArcGIS Server REST API接口的一组脚本，是基于浏览器的API，用于开发高性能、易于使用的地图应用.该子系统的使用对象是政府部门或者稀土公司管理人员，采用B/S体系结构.主要功能是对举报信息进行管理统计、对执法人员管理、执法任务分配、执法过程监控及执法结果评估.主要功能包括：①信息管理.实现对举报点的可视化显示、汇总、统计分析、查询以及对历史举报信息的管理和维护；②任务分配.根据新的举报信息，搜寻距离最近且没有执法任务的执法人员，安排执法；③执法监控.为了对保障执法人员安全及对执法过程进行管理，执法人员在执法过程中开启执法模式，执法终端会不断发送执法人员位置信息及时间信息到GPS数据库，执法监控模块通过调用GPS数据库中位置及时间信息并显示在地图上，从而实现对执法过程的实施监控；④任务核查.执法人员通过执法终端将执法现场图片及报告传送至数据库，任务核查模块对执法情况进行核查并对执法过程及执法结果数据存档，方便调阅；⑤热点分析.统计一段时间的举报点在地理上的空间分布，采用GIS热点模式分析方法，找出举报热点区域范围，并对其进行可视化显示与分析，同时搜索离热点最近且没有执法任务的执法人员，对热点区域安排巡查.

2.2 非法开采举报子系统

运用ArcGIS Runtime SDK for Android技术，鉴于Android已经成为市场占有率最高的移动操作系统，该技术是ESRI为Android平台量身定制的开发包，开发出的应用程序能够部署在Android智能手机、平板电脑和其他智能终端上，支持众多的国内外智能手机及其它智能终端设备.该子系统主要用户为普通民众，通过下载移动端App，实现对稀土非法开采及污染信息的举报.举报时，通过拍摄现场照片及填写相关信息，移动端程序会自动将拍摄者所处位置坐标、照片及相关信息一起发送到举报数据库中，提供给网络监控子系统，供其查询并可视化.

2.3 非法开采执法子系统

开发技术与非法开采举报子系统相同，该子系统使用人员为政府或者稀土公司的执法人员，提供信息化智能化的执法辅助.主要功能包括：①任务查询.接受来自网络监控子系统提供的执法任务及执法点的相关数据资料，并根据任务要求及规定的任务完成时间做好巡查准备；②导航定位.根据执法点情况，通过执法终端提供的路径分析功能查找最优的执法路径，并开启执法模式，以方便网络监控子系统实时监控；③热点巡查.接受来自网络监控子系统提供的热点巡查任务，通过路径分析功能分析巡查区域的最优巡查路径，并开启巡查模式，以方便网络监控子系统实时监控；④任务提交.对执法或巡查点现场进行拍照，并填写执法或巡查报告，以供网络监控子系统核查.

2.4 热点分析功能

热点分析用于识别具有统计显著性的高值（热点）和低值（冷点）的空间聚类，文中采用热点分析进一步探讨稀土开采点的空间分布状况，目的是更好地识别在一定时间一定空间的稀土非法开采集中区域，为非法开采热点执法巡查提供依据.使用Getis-OrdG_i^*统计识别具有统计显著性的空间聚类^[19]，Getis-OrdG_i^*统计公式（1）表示如下：

$G_i^ * = \frac{{\sum\limits_{j = 1}^n {{w_{i,j}}{x_j} - \overline X \sum\limits_{j = 1}^n {{w_{i,j}}} } }}{{s\sqrt[{}]{{\frac{{n\sum\limits_{j = 1}^n {w_{i,j}^2 - } {{\left( {\sum\limits_{j = 1}^n {{w_{i,j}}} } \right)}^2}}}{{n - 1}}}}}}$

(1)

其中：X_j是要素j的属性值，W_i，j是要素i和j之间的空间权重，n为要素总和.中间参数X和S计算公式如式（2）、式（3）所示.

$\overline X = \frac{{\sum\limits_{j = 1}^n {{x_i}} }}{n}$

(2)

$S = \sqrt {\frac{{\sum\limits_{j = 1}^n {x_j^2} }}{n} - {{\left( {\overline X } \right)}^2}} $

(3)

通过上述计算，产生具有显著统计学意义的z得分和P值，就可以得到高值或低值要素在空间上发生聚类的位置.如果P值具有显著性，z得分为正且值越高，表明高值空间集聚（热点）就越紧密；如果z得分为负且越低，则表明低值空间集聚（冷点）就越紧密；如果z得分接近于零，则表示不存在明显的空间集聚.

通过编程实现GIS的热点分析功能，对稀土非法开采举报信息进行热点分析.系统自动生成热点分析图，该图是通过使用不同的标志将图或页面上的区域按照稀土非法开采点空间集聚程度的不同加以标注并呈现的一种分析手段，标注的手段采用不同的颜色形式，使枯燥的数据变得清晰明了.结合热点分析图，进行热点分析可以得出在某段时间或某一区域内稀土非法开采事件高发地点，并分析其原因，采取合理的巡查模式.以便监管人员做出合理的决策部署、合理使用人力、物力重点加强对热点地区的监管，使整个决策过程科学化.

3 系统应用

在Visual Studio 2010开发环境及ArcGIS API for Javascript技术支持下，开发网络监控子系统；在Eclipse开发环境及ArcGIS Runtime SDK for Android技术支持下，开发非法开采举报子系统及执法子系统.为验证平台系统的实用性，通过1个具体案例详细介绍本系统的使用过程.

首先，公众通过非法开采举报移动端对稀土资源非法开采及环境污染现象进行举报，填写举报点相关信息并将该信息发送给监控平台.管理人员通过监控平台上查询新的举报信息，并在地图上定位和查看举报详情，如图 3所示.

查询出举报信息后，搜索举报信息周围的一定距离内的执法人员，选择距离较近且没有执法任务的人员分配执法任务，任务被分配后执法人员执法信息被标记为任务中.执法人员利用执法终端获取任务后，可以查看任务详情并利用导航功能定位到执法位置，开启执法模式，并根据导航到现场执法，执法完成后提交执法任务，汇报执法情况. 图 4所示为执法端在执法过程中的部分功能界面.

当执法人员移动终端开启执法模式后，会向GPS数据库发送位置坐标信息，网络监控子系统通过读取坐标信息实现对执法人员当前执法状态的监控，如图 5所示为监控界面.

网络监控子系统能够对执法结果进行查阅，还能根据GPS数据库存储的GPS位置数据，对具体执法人员某次执法过程进行路径和时间回放，更全面掌握其执法情况.

此外，系统提供了查询统计和热点分析功能.查询折线图是用直线段将一定时间段内统计的稀土非法开采及污染举报点数目的各数据点连接起来而组成的图形，以折线方式显示数据的变化趋势.在折线图中，数据是递增还是递减、增减的速率、增减的规律、峰值等特征都可以清晰地反映出稀土非法开采及污染举报随时间的发展趋势状况；根据系统自动生成的热点分析图中颜色的深浅、点的疏密以及呈现比重的形式，分析稀土非法开采及污染举报点的空间分布变化，然后让监管人员做出相应的决策部署，使人力、物力得到充分利用，同时又实现对于热点地区的高效监管. 图 6所示为热点分析的功能界面.

4 结论

南方离子稀土的非法开采，不仅造成资源流失，而且给矿区带来严重的生态环境问题，影响当地居民的正常生活.从稀土开采对环境破坏角度，分析公众参与稀土监管的可行性，并采用最新的GIS开发技术，构建公众参与下的稀土开采监管模式及平台系统，体现了通过技术创新推动稀土管理创新的全新理念，具有一定的探索意义；南方离子稀土的有效监管，应该利用高新技术，充分调动政府和民间力量，从而实现稀土监管模式的改革与创新.但是政府应加大相关措施，保护举报人信息安全，消除公众的顾虑，使系统能更好地发挥其性能.同时，由于部分稀土开采点位于高植被覆盖的山区，GPS信号有时会受高山、树木遮蔽影响，影响定位效果，因此可以尝试将GPS与国内北斗卫星导航系统相结合，融合两种定位系统的优点，实现对举报信息更精准定位，从而更好地为稀土行业的健康可持续发展保驾护航.