Pennsylvania Historic Mine Map Preservation & GIS Implementation

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PENNSYLVANIA  HISTORIC MINE  MAP PRESERVATION & GIS IMPLIMENTATION Sam Steingrabe and Patrick Jaquay Pennsylvania Department of  Environmental Protection

Project Background • 160 years of coal mining in Pennsylvania • Maps hand drafted on canvas‐backed paper or  linen • No central location of mine maps for most of  that time • 1969 Congress established a mine map  repository

Project Background • Why is this important? – Mine Subsidence Insurance Program – Archive Quality Images – Mine Safety – Mine Reclamation Projects – Oil and Gas Drilling – Make Government more Efficient 

Mine Map Acquisition,  Preservation,  Data Collection  • • • • •

Federal Maps Resource State Maps Resources Preservation Scanning Attribute Collection

Federal Mine Map Resource • Department of the Interior : Office of Surface  Mining(OSM) National Mine Map Repository – Pittsburgh Pennsylvania  – 135,000 microfilm maps – 500 Terabytes of digital mapping – Large Knowledge Base

State Mine Map Resources • • • • • •

Six District Mining Offices Office of Mine Safety Educational Institutions Mining Company Collections Coal Heritage Museums County Courthouses

Map Preservation • University of Pittsburgh Archive Center • Treatment can include: – Humidification – Flattening – Repair  – Cleaning

Before Humidification & Flattening

After Humidification & Flattening

National Geospatial Conference ‐ 2008

During Cleaning

After Cleaning

Handling and Storage • • • • •

University of Pittsburgh “White Glove Treatment” Encapsulated during transportation Controlled Environment Only happens to a few maps within the  Commonwealth of Pennsylvania  

National Geospatial Conference ‐ 2008

Handling and Storage • • • •

DEP Office Archive “Green Building” Filing Cabinets Binders

Map Handling and Storage • • • •

Outside Collections Treatment Restoration Storage

Data Collection ‐ Scanning

Data Collection ‐ Scanning

Vacuum Table Off

Vacuum Table On

Data Collection ‐ Database Creation  • The information contained on the mine maps  are entered into an Oracle database – Mine Name  – Operator  – Coal Seam – Scale  – Location  – Survey Dates – Etc.

Digital Map Image Post‐processing • Stitching Multiple Scenes – Photoshop CS4’s Photo Merge

• Crop image to neatline – Seamless Coalbed/Mine display

• tiff image file converted to Mr.Sid compression  file at 20:1 ratio, Gen 3 – Faster display refresh – Faster server connection

Digital Map Image Georeferencing • Control Point Selection  – Road Intersections – Structures – Property Lines

• Goal of at least 4 Control Points

Digital Map Image Georeferencing • Georeferencing Target Priorities – Aerial Orthoimagery • PA DCNR PAMAP Program  • Historic Images (if available) 

– USGS Topographic Maps – County‐supplied Property Parcel Shapefiles – Historic USGS Topographic Maps – Adjacent Mine Maps

Digital Map Image Georeferencing • More of an Art Form than a Science • Limitations – Unknown coordinate systems of mine maps – Lack of surface control points – Movement of surface control points (i.e. roads,  streams, property lines) over time – Image distortions from paper aging (paper  shrinkage) and scanning (folds/creases)

Digital Map Image Georeferencing

Digital Map Image Georeferencing • Accuracy – Non‐quantitative  – Unknown accuracy of mine map – Visual Inspection • Compare map image to base maps and adjacent mining

• Maps Georeferenced to Date:  5,996

Map Vectorization • Heads‐up Digitizing • Captured Features – Mined Out Areas (Underground Voids) – Mine Entries – Coal Seam Elevation – Map Extent

Map Vectorization • Mined Out Areas – Mine Workings – Attributes Captured • • • •

Mine Name Operator Name Coal Seam Name Map Source

– Total Acres Digitized to Date: 965,317

Map Vectorization • Mined Out Areas

Map Vectorization • Mine Entries ‐Shafts

‐Drifts/Slopes

Map Vectorization • Coal Seam Elevation – Structure Contours – Surveyed Points – Attributes Captured • Coal Seam Name • Feet above Sea Level – Limitation: Unknown Datums

Map Vectorization • Map Extents – Attributes Captured • Digital Map Image Name • Local Sheet ID for PHUMMIS

– Spatial Index Feature Class of Mine Maps

Map Vectorization • Map Extents ‐ Spatial Index of Mine Maps

GIS Implementation • • • • •

CDO Geodatabase Coal Seam Elevation Raster ArcServer: MSIWeb Data Sharing ArcReader:  SIP Map

GIS Implementation • CDO Geodatabase – File Geodatabase on office’s network of all of the  office’s GIS data  – Updated nightly from project folders  – All projects/ templates  pull data from one  location – Known source for all up‐to‐date data – Contains other mining related spatial data

GIS Implementation • Coal Seam Elevation Raster – Interpolated from digitized points/contour  lines – When subtracted from surface DEMS,  overburden raster can be created – Great for display at public information  meetings

GIS Implementation • Overburden Public Presentation Map

GIS Implementation • Mine Subsidence Insurance Web Map  (MSIWeb) – Project for Department Internal Use  – Insurance Reps can check for mining conditions,  subsidence event locations, and insurance claim  status from any department office across the state

GIS Implementation • MSIWeb

GIS Implementation • Data Sharing – PA gNet • PA DEP’s internal GIS service • Allows other state agencies to use our data

– PASDA • Pennsylvania Spatial Data Access • Administered  by Penn State University • Public Access ftp site 

GIS Implementation • Subsidence Investigators’ Published Map  (SIPMap) – ArcReader – Includes everything from MSIWeb – Back‐up if internet goes down – Allows Investigator’s to create layouts for reports – Label Maker workaround using MS Access

GIS Implementation • SIPMap

GIS Implementation • SIPMap

Looking Ahead… • Opening MSIWeb to the public • Customized Tool using Python Scripting – Creates Coal Status Report • Report filled in from Feature Attributes • Elevations from interpolated Rasters 

– Creates Map layouts • Raster catalogs of georeference mine maps

Customized Tool Python Scripting

Thank You! Sam Steingrabe and Patrick Jaquay Pennsylvania Department of  Environmental Protection www.pamsi.org