遙感技術(shù)在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李曉琴，吳小英，蘇新旭，張志峰

（神華(北京)遙感勘查有限責(zé)任公司，北京 100085）

遙感技術(shù)在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李曉琴，吳小英，蘇新旭，張志峰

（神華(北京)遙感勘查有限責(zé)任公司，北京 100085）

本文利用多種遙感平臺(tái)獲取的多時(shí)相、多分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，以北京市房山區(qū)大安山地區(qū)煤礦開(kāi)采現(xiàn)狀為試點(diǎn)，以礦產(chǎn)資源的非法開(kāi)采監(jiān)測(cè)為主題，開(kāi)展了礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法與技術(shù)路線。通過(guò)對(duì)比不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源的效果和性能，為大規(guī)模監(jiān)測(cè)類似地區(qū)時(shí)遙感數(shù)據(jù)源的選擇提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)比分析不同時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果，指出工作區(qū)存在部分違規(guī)采礦行為，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)本區(qū)采礦行為的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為北京市國(guó)土資源局及其相關(guān)處室進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)管理、低成本快速高效打擊非法采礦行為，提供科學(xué)執(zhí)法依據(jù)。

遙感；礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；融合；遙感解譯

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，由于種種原因，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)具有小、散、亂和工藝水平落后等特點(diǎn)。特別是個(gè)別礦種盜挖盜采等非法開(kāi)采現(xiàn)象十分嚴(yán)重。這不僅浪費(fèi)了寶貴的礦產(chǎn)資源，而且破壞了礦山環(huán)境。如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象，并對(duì)其實(shí)施有效監(jiān)管，是當(dāng)前進(jìn)行礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和管理所面臨的重要課題。用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅耗資巨大，而且無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確掌握用于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與管理的多元信息。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，商業(yè)化的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率越來(lái)越高，利用該技術(shù)手段在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)礦業(yè)秩序混亂地區(qū)、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重或?yàn)?zāi)害多發(fā)地區(qū)的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)點(diǎn)的分布狀況、固體廢棄物堆放情況、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)行監(jiān)測(cè)已經(jīng)是必然的趨勢(shì)[1]。

本文充分應(yīng)用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和全球定位技術(shù)等技術(shù)手段，以北京市房山區(qū)大安山地區(qū)煤礦開(kāi)采現(xiàn)狀為試點(diǎn)，以礦產(chǎn)資源的非法開(kāi)采監(jiān)測(cè)為主題，開(kāi)展了礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法與技術(shù)路線。通過(guò)對(duì)比不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源的效果和性能，為大規(guī)模監(jiān)測(cè)類似地區(qū)時(shí)遙感數(shù)據(jù)源的選擇提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)比分析不同時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果，指出工作區(qū)存在部分違規(guī)采礦行為，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)本區(qū)采礦行為的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為北京市國(guó)土資源局及其相關(guān)處室進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)管理、低成本快速高效打擊非法采礦行為，提供科學(xué)執(zhí)法依據(jù)。

1 區(qū)域概況

大安山試驗(yàn)區(qū)位于北京西南部山區(qū)，面積約95 km2，區(qū)內(nèi)主要以煤礦資源開(kāi)采調(diào)查為主。該區(qū)地勢(shì)北高南低，水系均為近南北方向展布，屬中低山地貌，地形陡峭，山間道路均為采礦所修。最高點(diǎn)老龍窩，海拔1632.4m；最低點(diǎn)大安山鄉(xiāng)，海拔444.2m。相對(duì)高差平均約600m，最大高差1200m。該區(qū)地形起伏很大，交通很不方便，這給地面執(zhí)法帶來(lái)很大難度。

監(jiān)測(cè)區(qū)東西跨大安山和史家營(yíng)兩個(gè)行政鄉(xiāng)，這兩個(gè)鄉(xiāng)的煤炭開(kāi)采歷史均超過(guò)百年，煤炭資源的開(kāi)采和銷售是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)來(lái)源。近年隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整和加大對(duì)環(huán)境保護(hù)、耕地保護(hù)的力度，一些不符合安全生產(chǎn)要求、浪費(fèi)資源、污染環(huán)境的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)先后被關(guān)閉。從1999全國(guó)煤礦實(shí)行“關(guān)井壓產(chǎn)”以來(lái)，大安山原來(lái)的200多個(gè)煤礦逐漸關(guān)閉。2005年9月，僅剩的17個(gè)煤礦也開(kāi)始陸續(xù)關(guān)閉。經(jīng)過(guò)多年治理整頓，亂采濫挖、破壞和浪費(fèi)礦產(chǎn)資源的現(xiàn)象得到了一定的控制。目前，監(jiān)測(cè)區(qū)煤礦采礦權(quán)設(shè)置僅有7個(gè)。但是，由于近年來(lái)煤炭資源的大幅度漲價(jià)，在利益的驅(qū)使下，仍存在一些無(wú)證開(kāi)采、越界開(kāi)采等違法現(xiàn)象。

2 研究方法

本文利用多種遙感平臺(tái)獲取的多種類、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，采用多種遙感圖像處理方法，室內(nèi)對(duì)比提取礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)地采礦活動(dòng)痕跡的影像信息，發(fā)現(xiàn)其不同時(shí)間段采礦活動(dòng)痕跡變化信息，然后在野外實(shí)地建立采礦活動(dòng)痕跡遙感解譯標(biāo)志，再對(duì)影像進(jìn)行全面解譯分析；以采礦權(quán)登記信息為合理開(kāi)發(fā)依據(jù)，將采礦活動(dòng)痕跡解譯成果與采礦權(quán)登記范圍進(jìn)行疊合分析，以便篩選、界定出相應(yīng)時(shí)段非法盜采區(qū)域；協(xié)同北京市國(guó)土資源局及有關(guān)分局，使用監(jiān)測(cè)解譯成果實(shí)地核實(shí)抽樣調(diào)查；最終形成監(jiān)測(cè)成果圖像、圖件、統(tǒng)計(jì)分析成果，提供進(jìn)一步執(zhí)法檢查?？傮w技術(shù)路線如圖1。

圖1 總體技術(shù)路線

2.1 資料收集

礦山開(kāi)采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是通過(guò)分析不同時(shí)期的衛(wèi)星影像，從中提取、分析變化信息以實(shí)現(xiàn)其監(jiān)測(cè)的。如何利用所獲取的各種影像，將信息融合起來(lái)，并快速發(fā)現(xiàn)礦山開(kāi)采及環(huán)境的變化，是礦山開(kāi)采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)所要解決的基本問(wèn)題[2]。

本項(xiàng)目選取了以下遙感數(shù)據(jù)源來(lái)做對(duì)比分析、應(yīng)用，并充分考慮到北京市國(guó)土資源局現(xiàn)有數(shù)據(jù)。主要包括2001年5月19日的美國(guó)ETM影像，主要用來(lái)圈定試點(diǎn)區(qū)范圍；2005年10月的航空彩色正射遙感數(shù)據(jù)，用來(lái)解譯本底信息；2005年10月23日的1A級(jí)法國(guó)SPOT5衛(wèi)星數(shù)據(jù)，用來(lái)與2005年10月的航空影像做對(duì)比分析；2006年4月20日的帶RPC參數(shù)的美國(guó)IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，2006年11月6日的美國(guó)QUICKBIRD預(yù)正射產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)主要用來(lái)做動(dòng)態(tài)變化分析。IKONOS與QUICKBIRD具有相同的性價(jià)比，在存檔數(shù)據(jù)上可互為補(bǔ)充。圖像幾何分辨率分別為ETM30m，航空遙感數(shù)據(jù)0.4m，SPOT5 2.5m，IKONOS 1m，QUICKBIRD 0.61m。成像日期選擇春季和冬季，植被覆蓋比較少。圖像選擇無(wú)云圖像，時(shí)間跨度應(yīng)與礦山開(kāi)采的發(fā)展階段基本相符。

其他輔助數(shù)據(jù)包括1：1萬(wàn)地形圖、DEM，采礦權(quán)登記資料、礦區(qū)分布圖以及當(dāng)?shù)氐V管部門(mén)提供的文檔及多媒體數(shù)據(jù)等。

2.2 多源遙感數(shù)據(jù)處理

多源遙感數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)(SPOT5、QuickBird、IKONOS)進(jìn)行幾何精校正、大地配準(zhǔn)，將PAN波段數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，天然假彩色合成，圖像增強(qiáng)及裁切等。然后對(duì)其格式轉(zhuǎn)換后與地形矢量數(shù)據(jù)及采礦權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示，并以人機(jī)交互方式對(duì)各種礦山開(kāi)發(fā)狀況和礦山生態(tài)環(huán)境的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行解譯，圈定無(wú)證非法盜采的礦山，最后將解譯結(jié)果提供野外驗(yàn)證。

（1）幾何精校正與大地配準(zhǔn)

根據(jù)項(xiàng)目具體要求，結(jié)合地方實(shí)際情況，最后確定采用Krassovsky橢球參數(shù)，高斯-克呂格投影，北京地方坐標(biāo)系。

由于大安山工作區(qū)地形起伏比較大，因此我們使用了基于衛(wèi)星軌道模型（Satellite Orbital model）的正射校正方法。選用具有SPOT-5、QuickBird、IKONOS物理模型的PCI遙感影像處理軟件，可直接讀取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)頭文件中的遙感數(shù)據(jù)瞬間狀態(tài)參數(shù)（包括衛(wèi)星成像瞬間的經(jīng)緯度、高度、傾角等），并依照2005年的航空正射影像和1：1萬(wàn)的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)SPOT-5 1A的全色和多光譜數(shù)據(jù)、QuickBird的預(yù)正射產(chǎn)品、帶PRC參數(shù)的IKONOS數(shù)據(jù)分別做正射校正。SPOT-5全色與多光譜數(shù)據(jù)的糾正精度相對(duì)于實(shí)地同名地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差滿足山區(qū)1.5~2像素的要求。最大殘差滿足山區(qū)3~4個(gè)像素的要求。IKONOS數(shù)據(jù)相對(duì)于實(shí)地同名地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差滿足1：5000地形圖山區(qū)≤ 3.75m的要求，最大殘差滿足1：5000地形圖山區(qū)≤ 7.5m的要求。QuickBird數(shù)據(jù)糾正平面精度相對(duì)于實(shí)地同名地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差滿足1：2000地形圖山區(qū)≤1.6m的要求，最大殘差滿足1：2000地形圖山區(qū)≤3.2m的要求。最后將正射校正后的SPOT-5的多光譜數(shù)據(jù)與全色數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，其配準(zhǔn)控制點(diǎn)中誤差嚴(yán)格控制在1個(gè)像素內(nèi)，最大殘差控制在2個(gè)像素以內(nèi)，以保證后續(xù)的圖像融合精度，避免出現(xiàn)重影等現(xiàn)象。

（2）圖像增強(qiáng)

圖像中不同地物的各種信息是由亮度值（或灰度）的差別反映出來(lái)的。由于成像系統(tǒng)的特性、成像時(shí)的光照條件以及像幅范圍內(nèi)地物間輻射差異的大小等各種原因，常常使大部分像元的亮度集中在比較窄的動(dòng)態(tài)區(qū)間，致使合成的圖像色彩層次較少，色調(diào)偏暗且反差小，并有霧狀感，難以從中區(qū)分出更多的地物信息。圖像增強(qiáng)的目的就是為了調(diào)整圖像像元亮度值分布區(qū)間，增大像元亮度間的差異，從而調(diào)整圖像對(duì)比度、增強(qiáng)目標(biāo)信息的表現(xiàn)[2]。本次工作中選取均值擴(kuò)展、直方圖平移對(duì)圖像進(jìn)行處理，使圖像各波段均有256個(gè)灰度級(jí)，從而增加像元間亮度差異，得到更清晰的影像，同時(shí)也為下一步融合時(shí)直方圖匹配作了準(zhǔn)備。

（3）多源遙感數(shù)據(jù)融合

多光譜影像的光譜分辨率較高，但空間細(xì)節(jié)表現(xiàn)力較差；全色影像具有高空間分辨率，但光譜分辨率較低。因此，可以將具有低空間分辨率的多光譜影像和具有高空間分辨率的全色影像進(jìn)行融合，使影像具有較高的空間細(xì)節(jié)表現(xiàn)力且同時(shí)保留多光譜影像的光譜特性[4]。

目前，遙感影像融合的方法有百余種，其中較為常用的融合方法主要包括以下幾種：HIS變換、主成分分析(PCA)、Brovey 變換融合、Gram-schmidt變換法、基于小波理論特征的融合、Pansharp 融合等。通過(guò)對(duì)不同融合方法的試驗(yàn)分析，我們可以得知，對(duì)于高分辨率的IKONOS數(shù)據(jù)和QuickBird數(shù)據(jù)，由于PAN波段的波譜范圍已從可見(jiàn)光波段擴(kuò)展到了近紅外波段，所以致使利用傳統(tǒng)的HIS變換、Brovey 變換等方法得到的融合結(jié)果顏色有偏差。利用PCI中的Pansharp融合方法，選擇所有的多光譜波段數(shù)據(jù)作為參考波段可以增強(qiáng)植被區(qū)顏色，使其在影像上更突出，使得整個(gè)影像更清新亮麗，富有生機(jī)，目視效果大為改善，而其他地物如道路建筑等顏色保持不變，而且該方法可以用于三個(gè)以上波段的多光譜影像融合。而對(duì)于SPOT-5數(shù)據(jù)，則使用改進(jìn)的HIS變換法得到的融合效果更能夠滿足信息提取的要求。

（4）主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)及影像特征

利用遙感技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的核心，就是以多時(shí)相遙感圖像對(duì)比解譯、分析為主體，重點(diǎn)捕捉圖像上與采礦活動(dòng)有關(guān)的變化信息。與采礦活動(dòng)有關(guān)的信息主要通過(guò)識(shí)別礦山主要地物類型來(lái)獲得。煤礦礦山通常的主要地物類型，包括礦山各種建筑物、礦山道路、煤礦堆場(chǎng)、開(kāi)采硐口、煤矸石堆場(chǎng)等。這些地物類型都是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程留下的痕跡。通過(guò)發(fā)現(xiàn)這些痕跡及其特征，并跟蹤這些痕跡的變化，就可以發(fā)現(xiàn)各類采礦活動(dòng)。本次所選的不同時(shí)相的多源遙感數(shù)據(jù)顯示，采礦區(qū)主要地物類型在影像上的紋理特征沒(méi)有太大差別，各種地物在影像上的結(jié)構(gòu)和色調(diào)與該季節(jié)地物的實(shí)際情況沒(méi)有太大變化，只是色彩上有差別，因此只需建立遙感影像綜合解譯標(biāo)志。

煤礦礦山為地下開(kāi)采方式，在坑口附近有煤堆場(chǎng)、矸石堆場(chǎng)及簡(jiǎn)易工棚等，并有礦山簡(jiǎn)易公路相通。礦山道路在融合影像上呈線狀，隨地形變化而變化，色調(diào)較亮，一般為白色，植被茂密地帶斷續(xù)出現(xiàn)，線條通向建筑物或堆煤場(chǎng)地后中斷，較寬的道路上可見(jiàn)汽車。礦山建筑物在融合影像上呈淺白色花斑狀影像特征、絕大多數(shù)呈整齊規(guī)則的矩形、有道路穿過(guò)，一般情況下樹(shù)木輪廓較大。采煤區(qū)在融合圖像上，呈現(xiàn)為黑色或灰白色調(diào)區(qū)、處于山坡地帶、輪廓通常為不規(guī)則梅花狀或尖部指向低處的扇狀?；野咨{(diào)為尾礦石堆積，灰黑色為煤倉(cāng)或煤矸石堆積，多數(shù)情況下可見(jiàn)礦井或運(yùn)煤軌道或溜煤槽等。堆煤（石）區(qū)在融合影像上，顯示為黑色調(diào)的煤炭堆積區(qū)、地勢(shì)平坦、輪廓通常為規(guī)則多邊形或矩形、道路進(jìn)入該區(qū)后消失、多數(shù)情況下可見(jiàn)汽車停放，沒(méi)有礦井或運(yùn)煤小軌道或溜煤槽等采煤特征。采煤影響區(qū)影像上，通常顯示為淺灰或灰白色調(diào)區(qū)、影紋結(jié)構(gòu)呈深淺不一的雜色、主要分布在采煤區(qū)和堆煤場(chǎng)地的周邊及道路附近。地面塌陷區(qū)的影像特征是呈現(xiàn)舒緩波狀地裂縫（有時(shí)成組出現(xiàn)）或成片蘑菇狀圓坑地貌。礦井，在采煤區(qū)內(nèi)地勢(shì)較高部位、色調(diào)較深的點(diǎn)狀位置、山間道路在此處中斷、扇狀采煤區(qū)的上部、尾礦石堆積場(chǎng)和煤倉(cāng)的結(jié)合部、采礦小鐵軌的終端，硐口形成的太陽(yáng)陰影清晰可見(jiàn)。環(huán)境治理區(qū)影像上，通常顯示采區(qū)內(nèi)采礦建筑被拆除和原堆煤場(chǎng)地進(jìn)行了治理。不同影像對(duì)主要監(jiān)測(cè)目標(biāo)類型的識(shí)別能力如表1所示。從表1中，我們可以看出，利用航片、QUICKBIRD和IKONOS圖像能夠清晰識(shí)別煤礦開(kāi)采硐口、汽車、礦車、堆礦石區(qū)、采礦建筑、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理區(qū)、寬度大于兩米的運(yùn)輸?shù)缆返炔傻V活動(dòng)痕跡，適合用于監(jiān)測(cè)所有礦種的采礦活動(dòng)。而SPOT5數(shù)據(jù)對(duì)以上采礦活動(dòng)痕跡的顯示效果欠佳。

表1 不同遙感影像對(duì)地物的識(shí)別能力

（5）變化信息提取

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是在一定的時(shí)間間隔下，對(duì)比監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化情況，掌握其變化規(guī)律，為政府依法管理和執(zhí)法監(jiān)督提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。變化信息自動(dòng)發(fā)現(xiàn)能夠檢測(cè)出兩個(gè)時(shí)相圖像上變化區(qū)域的具體位置和分布，但是變化的具體范圍、邊界位置并不一定完整，需要有效的變化區(qū)域提取方法，從影像上準(zhǔn)確獲得變化處各目標(biāo)的準(zhǔn)確范圍、形狀和邊界。目前計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類精度尚不能完全滿足工作需求，因此本文仍采用人機(jī)交互解譯的提取方法。

（6）遙感野外調(diào)查驗(yàn)證

野外調(diào)查驗(yàn)證，包括野外踏勘和野外檢查驗(yàn)證兩部分。野外踏勘的目的是幫助遙感解譯人員對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的礦區(qū)環(huán)境和采礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，在頭腦中建立起采礦區(qū)的三維立體印象，將需要解譯的監(jiān)測(cè)要素在遙感影像上顯示的特征和實(shí)地情況之間建立一種直觀的聯(lián)系，從而完成室內(nèi)遙感解譯標(biāo)志的建立。為保證遙感解譯成果的準(zhǔn)確性、可靠性以及解譯的質(zhì)量，在圖像處理和遙感解譯基礎(chǔ)上，以路線穿越法和追索法相結(jié)合，對(duì)工作區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況(礦山數(shù)量、規(guī)模，停采礦山數(shù)量)、開(kāi)采活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響(土地占用、植被破壞、環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害隱患)等進(jìn)行驗(yàn)證性觀測(cè)。通過(guò)野外檢查驗(yàn)證，結(jié)果表明：利用遙感技術(shù)方法對(duì)新增采礦信息的解譯發(fā)現(xiàn)率在90%以上，對(duì)解譯發(fā)現(xiàn)采礦信息的定量驗(yàn)證率可達(dá)100%，分類定性的準(zhǔn)確率可達(dá)95%以上。

每個(gè)貧困戶的自身?xiàng)l件不一，并不都能直接參與到產(chǎn)業(yè)建設(shè)中來(lái)，需要我們創(chuàng)新貧困戶參與到產(chǎn)業(yè)扶貧的方式，引導(dǎo)他們積極參與到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中來(lái)，提升“自我造血”能力，早日解決脫貧困境。比如：無(wú)勞動(dòng)能力的貧困人口采用資金或土地入股的方式參與，貧困地區(qū)的農(nóng)民專業(yè)合作社與當(dāng)?shù)佚堫^企業(yè)合作等。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

此次工作重點(diǎn)是解譯試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的堆礦（石）區(qū)、采礦影響區(qū)、礦井（坑）、治理區(qū)等4大類要素。將這4大類要素在2005年10月至2006年11月期間變化區(qū)域解譯出來(lái)，以表示其變化結(jié)果。大安山煤礦資源開(kāi)發(fā)狀況遙感監(jiān)測(cè)本底信息的遙感解譯使用的是2005年10月份的航空彩色正射影像，并結(jié)合2005年10月以前的采礦登記資料、2005年度大安山煤礦采礦年鑒和大安山煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)資料。該影像無(wú)論從幾何精度、地物分辨率，還是從色調(diào)顯示上都是最佳質(zhì)量，各種地物在影像上的結(jié)構(gòu)和色調(diào)與該季節(jié)地物的實(shí)際情況沒(méi)有太大變化，非常清晰直觀，解譯效果也十分理想。根據(jù)該解譯成果，我們獲得了大安山監(jiān)測(cè)區(qū)2005年10月采礦狀況的本底信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 大安山監(jiān)測(cè)區(qū)2005年10月采煤狀況本底信息統(tǒng)計(jì)表

對(duì)于大安山地區(qū)2005年10月至2006年11月間采礦變化狀況遙感調(diào)查、監(jiān)測(cè)，我們充分利用了2006年4月20日的美國(guó)IKONOS影像、2006年11月6日的美國(guó)快鳥(niǎo)衛(wèi)星遙感影像與2005年10月航空正射影像進(jìn)行對(duì)比解譯，取得了較好的監(jiān)測(cè)效果，如表3、表4所示。

表3 大安山監(jiān)測(cè)區(qū)2006年11月采煤狀況變化信息統(tǒng)計(jì)表

表4 大安山監(jiān)測(cè)區(qū)兩時(shí)段采煤狀況對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

由表3、表4結(jié)果我們可以看出，該實(shí)驗(yàn)區(qū)于2005年10月至2006年11月期間，在國(guó)家和地方政府的充分重視下，北京市礦產(chǎn)資源管理部門(mén)采取了大量行之有效的管理措施，使其采礦活動(dòng)得到明顯遏制，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到一定改善，如圖2、圖3所示。同時(shí)，在部分區(qū)域還存在監(jiān)管不力的情況，非法采礦現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生（如圖4），與整頓治理形成反差，今后仍需繼續(xù)加大監(jiān)測(cè)力度和監(jiān)測(cè)范圍。

圖2 2005~2006年期間棄采區(qū)樣例（采礦建筑被拆除）

圖3 2005~2006年期間大安山鄉(xiāng)北部環(huán)境治理狀況

圖4 2005~2006年期間新增采礦點(diǎn)示例

另外，大安山試點(diǎn)區(qū)內(nèi)，由于無(wú)序的采煤活動(dòng)造成地下采空，在很多區(qū)域的地下采空引發(fā)了地表面塌陷，幾乎在所有采礦區(qū)域內(nèi)都有分布，這一結(jié)果在遙感影像上清晰可見(jiàn)，如圖5所示。塌陷區(qū)是一種非常嚴(yán)重的人為地質(zhì)災(zāi)害，由于確定它主要取決于地下采空范圍，而在地面上很難圈定其準(zhǔn)確邊界，只能根據(jù)已經(jīng)形成的地面塌陷的現(xiàn)象而確定其存在。有些比較嚴(yán)重而在地面上有明顯塌陷的地塊在這次的成果圖中標(biāo)示出來(lái)，納入采礦影響區(qū)類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而絕大多數(shù)均未在圖中予以體現(xiàn)。

圖5 大安山鄉(xiāng)曲嶇澗北山的密集地裂縫

4 結(jié)論

本次大安山試點(diǎn)區(qū)煤礦開(kāi)采狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，探索了一套利用遙感和GIS技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)狀況調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的技術(shù)流程，為大規(guī)模的監(jiān)測(cè)工作做了有效的技術(shù)儲(chǔ)備，并為當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)管理部門(mén)決策和礦產(chǎn)管理執(zhí)法檢查提供了科學(xué)依據(jù)。主要研究成果如下：

在考慮到控制監(jiān)測(cè)成本的前提下，選擇什么樣的遙感數(shù)據(jù)，要根據(jù)監(jiān)測(cè)目的和監(jiān)測(cè)內(nèi)容而定。例如在大安山地區(qū)監(jiān)測(cè)煤礦開(kāi)采信息。要監(jiān)測(cè)到每個(gè)礦井（坑），而這些礦井（坑）中破壞地面環(huán)境的最小面積只有20m2，所以必需選擇美國(guó)IKONOS或QuickBird衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。因QuickBird與IKONOS相比價(jià)格相當(dāng)而分辨率更高，因此QuickBird是最佳首選方案。當(dāng)然，航空正射影像的分辨能力更強(qiáng)一些，但考慮到獲取這種影像的過(guò)程非常復(fù)雜，其成本又太高，既然IKONOS和QuickBird數(shù)據(jù)可以解決問(wèn)題，就沒(méi)必要選擇航空正射影像數(shù)據(jù)了。當(dāng)然，如果有現(xiàn)成的航空遙感數(shù)據(jù)，那還是可以利用的。

（2）以采礦權(quán)登記信息為合理開(kāi)發(fā)依據(jù)，將利用不同時(shí)相不同來(lái)源的融合處理后的圖像解譯的采礦活動(dòng)痕跡成果與采礦權(quán)登記范圍進(jìn)行疊合分析，篩選、界定出相應(yīng)時(shí)段非法盜采區(qū)域，能動(dòng)態(tài)的反映礦山企業(yè)的變化情況，對(duì)礦山企業(yè)的開(kāi)采行為和對(duì)環(huán)境的破壞狀況進(jìn)行監(jiān)控，節(jié)省野外調(diào)查時(shí)間，做到事半功倍的效果，尤其是對(duì)山區(qū)交通不發(fā)達(dá)地區(qū)，可以大量減少勞動(dòng)強(qiáng)度，大大縮短監(jiān)測(cè)周期。

（3）大安山試點(diǎn)區(qū)內(nèi)，由于無(wú)序的采煤活動(dòng)造成地下采空，在很多區(qū)域的地下采空引發(fā)了地表面塌陷，幾乎在所有采礦區(qū)域內(nèi)都有分布，這一結(jié)果在遙感影像上清晰可見(jiàn)。

（4）利用遙感的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以為礦產(chǎn)資源規(guī)劃、礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)環(huán)境管理及礦產(chǎn)資源治理整頓等方面提供科學(xué)的決策支持，轉(zhuǎn)變國(guó)土資源管理方式，提高管理的科技含量，促進(jìn)國(guó)土資源管理向規(guī)范化、現(xiàn)代化和信息化轉(zhuǎn)變。

[1]王曉紅，聶洪峰，楊清華等. 高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)狀況及環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果比較[J]. 國(guó)土資源遙感，2004，(1)：15~20.

[2]馮 筠，黃新宇. 遙感技術(shù)在資源環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用，1999，14 (4) ：59~70.

[3]尚紅英，陳建平，李成尊等. RS在礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用——以新疆稀有金屬礦集區(qū)為例[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用，2008，23(2)：189~195.

[4]甄 靜，何國(guó)金. 高分辨率遙感影像融合存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施[J]. 遙感信息，2005，4：45~48.

[5]王曉紅, 聶洪峰, 李成尊等. 不同遙感數(shù)據(jù)源在礦山開(kāi)發(fā)狀況及環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用. 國(guó)土資源遙感，2006，(2)：69~71.

[6]梁 暉、楊士道. 遙感技術(shù)在薊縣北部礦山開(kāi)采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 地質(zhì)調(diào)查與研究，2005，28(3)：180~86.

[7]雷利卿，岳燕珍，孫九林等. 遙感技術(shù)在礦區(qū)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 環(huán)境保護(hù)，2002，2：33~36.

[8]顧廣明，王 麗，蔣德林等. 3S技術(shù)在煤礦區(qū)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2006，34(5)：51~55.

[9]況順達(dá)，趙震海. SPOT5在礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 地質(zhì)與勘探，2005，41(3)：79~82.

[10]趙英時(shí). 遙感應(yīng)用分析原理與方法[M]. 北京:科學(xué)出版社，2003.

The Application of Remote Sensing Technology in the Dynamic Monitoring of Mine Exploitation

LI Xiaoqin, WU Xiaoying, SU Xinxu, ZHANG Zhifeng
(Shen Hua (Beijing) Remote Sensing & Geo-Engineering Company LTD, Beijing 100085)

Aiming at monitoring illegal mine exploitation,this paper chooses Daanshan area of Fangshan district as the test-feld to monitor coal mine exploitation. The different remote sensing data sources in different time are used. This paper studies the methods and technical routes by remote sensing technology in dynamic monitoring of mine exploitation. The method is to select and interpret the data from remote sensing image integrated with on-the-spot survey, so as to refect the mining conditions and the mine ecological environment objectively. Some actions of transgressed mine are in work around by comparing and analyzing the interpretation results of remote sensing data in different time, which well achieve dynamic monitoring of the mining. In order to select suitable remote sensing data for the large-scale monitoring of mine exploitation and related environment problems, the authors used different resolution remote sensing data sources to compare the monitoring effects and application characteristics.

remote sensing; mineral resources exploitation; dynamic monitoring; remote sensing interpretation

P237

A

1007-1903(2009)02-0040-07

李曉琴（1977-），女，山西介休人，碩士研究生，工程師，主要從事遙感與GIS的應(yīng)用研究工作，Email: lxq_cau@ sohu.com，電話：010-82772587。