山東省重點地區(qū)礦產(chǎn)勘查開采遙感動態(tài)監(jiān)測探析

陳玉成，楊逸飛，彭慧妍，張允濤

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

礦產(chǎn)資源的開發(fā)，為全省經(jīng)濟的快速發(fā)展奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是隨著工業(yè)化、城市化進程的不斷加快，礦產(chǎn)資源供需形勢和礦產(chǎn)資源開發(fā)管理仍然面臨挑戰(zhàn)；受利益驅(qū)動，無證開采、盜采亂挖、超層越界、以采代探等現(xiàn)象時有發(fā)生[1]；部分礦政管理機構(gòu)承擔的職責、任務(wù)與人力不相適應(yīng)，管理方式與新形勢要求還有差距。這些問題成為制約山東省礦業(yè)乃至全省國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素，需要采取有效措施切實加以解決。在此形勢下山東省開展了礦產(chǎn)勘查開采遙感動態(tài)監(jiān)測工作，目的是利用以衛(wèi)星遙感為主的現(xiàn)代技術(shù)手段對監(jiān)測區(qū)礦產(chǎn)資源勘查開采進行監(jiān)測，為國土資源管理部門及時提供礦產(chǎn)資源勘查開采的動態(tài)變化信息和疑似非法采礦目標[2]，同時配合全省監(jiān)督管理礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序的行動，為礦政管理及時提供信息化服務(wù)，建立和完善全省礦產(chǎn)資源長效監(jiān)管機制。

1 工作現(xiàn)狀

山東省2007年在蒼山地區(qū)部署開展了礦產(chǎn)勘查開采遙感動態(tài)監(jiān)測試點示范，得到了國土資源部門領(lǐng)導的高度評價，成果經(jīng)鑒定達國際先進水平。蒼山試點成功后，山東省在全省基巖裸露區(qū)開展了多輪次礦產(chǎn)勘查開采遙感動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)了各類違法勘查開采礦產(chǎn)資源行為，為監(jiān)測區(qū)礦產(chǎn)資源監(jiān)管提供了第一手動態(tài)信息和監(jiān)管依據(jù)。

2 必要性和重要性

傳統(tǒng)的礦山開采監(jiān)管方法，如日常監(jiān)督，定期、不定期檢查，突擊檢查，專項整頓，依法按照舉報和線索查處違法案件等，主要以地面人力常規(guī)調(diào)查方式進行。不僅耗費了大量的人力物力，而且由于山區(qū)目標隱秘難尋，容易出現(xiàn)檢查死角，并且由于缺乏遙感等先進技術(shù)手段，難以大范圍對礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況進行直觀監(jiān)控。礦產(chǎn)勘查開采遙感動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可有效的解決常規(guī)巡查熱點礦種地區(qū)、偏遠地區(qū)或行政區(qū)域交界處難到位，礦山數(shù)量眾多、規(guī)模小、布局分散，礦政管理機構(gòu)人力不足等問題。

礦產(chǎn)勘查開采遙感監(jiān)測工作的開展成效顯著：①為礦產(chǎn)資源管理部門行使政府職能、整頓礦業(yè)秩序、合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，保護地質(zhì)環(huán)境提供準確有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);②利用遙感技術(shù)進行監(jiān)測，減少了野外工作量，提高了工作效率;③礦山遙感監(jiān)測成果的應(yīng)用，極大地震懾了礦業(yè)違法活動，也使得地方國土資源管理部門可以有針對性地及時處理礦業(yè)違法行為;④礦山遙感監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)、快速出擊能夠提高礦政管理效率，覆蓋面廣，客觀真實，切實減少人為因素干擾[3]。

3 工作內(nèi)容

3.1 資料收集與選擇

數(shù)據(jù)的來源分為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，為保證判讀精度及成圖的需要，數(shù)據(jù)需要具有統(tǒng)一的數(shù)學基礎(chǔ)。項目平面采用1980西安坐標系，高斯-克呂格投影，3°分帶，國家標準中央子午線；高程采用1985國家高程基準；成圖比例尺為1∶1萬。

3.1.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源

應(yīng)根據(jù)遙感監(jiān)測目標、信息提取的類型、內(nèi)容、目的，選用可以提取所需目標地物屬性信息并滿足要求精度的傳感器(全色、多光譜和SAR等)作為數(shù)據(jù)源；遙感影像時相應(yīng)根據(jù)提取的內(nèi)容、目的，選擇最佳季節(jié)，以能夠分辨監(jiān)測目標地物屬性信息的變化；圖像的云覆蓋率不超過10%，相鄰圖像之間應(yīng)有不小于圖像寬度4%的重疊，且層次豐富、圖像清晰；遙感影像空間分辨率要滿足專題地圖的成圖比例尺要求。

3.1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源

收集監(jiān)測區(qū)最新采礦權(quán)登記庫數(shù)據(jù)、圖件印刷版和電子版，監(jiān)測區(qū)最新探礦權(quán)登記庫數(shù)據(jù)、圖件印刷版和電子版，最新版1∶1萬、1∶5萬紙質(zhì)地形圖及全要素數(shù)字化地形圖，監(jiān)測區(qū)礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)、圖件印刷版和電子版，測量相關(guān)資料，人文相關(guān)資料，項目需要其他資料。

3.2 遙感圖像處理

遙感圖像在獲取過程中由于多種原因?qū)е履繕宋锵鄬ξ恢玫淖鴺岁P(guān)系在圖像中發(fā)生變化，主要由傳感器自身的性能、結(jié)構(gòu)及傳感器以外的其他因素引起[4]。為了獲得最佳判讀效果，需要將遙感彩色影像，進行影像融合、幾何校正、影像鑲嵌、圖像增強等處理，以提高影像判讀性，為解譯判讀做好準備。

3.2.1 影像融合

不同傳感器獲取的信息有不同的特點。有的光譜分辨率高但幾何分辨率低，有的恰恰相反。工作中可將不同數(shù)據(jù)類型融合成一幅圖像。首先通過幾何校正使兩幅圖像所對應(yīng)的地物吻合(分辨率以高分辨率的圖像為準)，再對多光譜的所有波段進行主成分變換，然后用該影像代換變換后的多光譜的某個主成分，將代換后的所有波段再作一次主成分變換的反變換。這樣既保持了原有數(shù)據(jù)的光譜分辨率，又增加了全色影像的高空間分辨率的特點，大大提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。工作過程中要求將圖像融合配準中誤差控制在0.5個像元之內(nèi)，融合后的信息損失量小于30%。

3.2.2 幾何校正

遙感圖像經(jīng)過系統(tǒng)幾何處理校正后，基本消除了傳感器、衛(wèi)星軌道及姿態(tài)、地球曲率等產(chǎn)生的幾何誤差。為提高數(shù)據(jù)精度，工作過程中，在整幅圖像上選取足夠多、均勻分布的已知地面控制點，對圖像作進一步更精確的幾何校正，使圖像的各個像元在地面上精確定位，建立圖像上的各個像元與其他地物點準確映射關(guān)系，即建立起圖像坐標與地面坐標之間的數(shù)學關(guān)系式，要求將幾何校正中誤差控制在2個像元之內(nèi)。

3.2.3 影像鑲嵌

由于衛(wèi)星影像呈塊狀提供，需要將多幅影像鑲嵌在一起，工作中利用了數(shù)字鑲嵌方法。項目以市級行政區(qū)為單位，首先采用幾何校正方法使兩幅相鄰圖像在幾何上配準，選擇一幅圖像作為基準圖像，將其他圖像進行直方圖匹配等處理，相同地物的色調(diào)或平均灰度值一致。為提高鑲嵌精度，防止圖像邊緣出現(xiàn)扭曲，重疊區(qū)寬度應(yīng)符合相關(guān)要求。對重疊區(qū)內(nèi)待拼圖像灰度值按距離進行加權(quán)平滑，使相鄰兩幅圖像數(shù)據(jù)之間的配準誤差不超過一個像元，圖像接縫處無明顯灰度差異，較好的實現(xiàn)“無縫”鏈接。

3.2.4 圖像增強

為突出礦山開采等有用的信息，而抑制無用的信息，并使原來不清晰的圖像變得清晰，提高圖像的識別率，工作中先進行了圖像的恢復(fù)處理，然后再選用了合適的方法進行了圖像的增強處理。通過圖像增強，使礦山信息更加突出，圖像可判度提高，從而提高了解譯準確度[5]。

3.3 遙感解譯

3.3.1 遙感解譯標志

為建立監(jiān)測區(qū)礦山解譯標志，首先將監(jiān)測區(qū)登記礦山信息與衛(wèi)星影像疊加，并進行實地調(diào)查，然后根據(jù)實地情況針對典型礦山從其色調(diào)、形狀、紋理、大小、陰影等方面進行影像特征分析，建立各自直接解譯標志(表1)，再從道路、植被、環(huán)境、地質(zhì)、人文等方面進行影像特征分析建立各自間接解譯標志(表2)，最終逐一建立起監(jiān)測區(qū)各礦種礦山的解譯標志。對于SPOT等中高分辨率遙感圖像，可清楚地觀察到豐富的相關(guān)信息，采用直接解譯標志就可以達到一般解譯要求；采礦圖斑的間接解譯標志如人工活動痕跡，對采礦圖斑開采狀態(tài)判斷也非常重要。例如：采礦區(qū)的非法開采往往伴隨著植被的破壞、山體的亂掘、臨時道路、采礦設(shè)施活動、礦渣堆積等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表1 采礦圖斑的直接解譯標志

表2 采礦圖斑的間接解譯標志

3.3.2 遙感解譯判讀

判讀以影像特征為基礎(chǔ)，利用直接解譯標志與間接解譯標志，綜合多學科、多手段信息，進行相關(guān)分析，逐景圖像進行判讀。單景圖像判讀時，先進行宏觀觀察，掌握其整體的特征，先易后難，從淺入深，分別識別出地物的屬性及勾畫出其分布范圍和界線，并用統(tǒng)一的符號和線條標示清楚，繪制出判讀草圖。判讀過程中，充分利用了以往監(jiān)測成果及收集的地形圖、專題圖和文字材料等已知資料。

判讀過程中，對于重要的地物、現(xiàn)象，以及判讀與解譯不清有疑問的地方，加以特別的標記，采用現(xiàn)場勘測方法解決。通過野外核查對照的方式，校核室內(nèi)判讀結(jié)果，補測必要的實地數(shù)據(jù)等，使圖像判讀質(zhì)量得到進一步提高。

3.4 野外實地核查及內(nèi)業(yè)修正

工作人員攜帶相關(guān)資料，對全部疑似采礦圖斑進行實地調(diào)查驗證，驗證解譯圖斑是否準確，查清圖斑開采現(xiàn)狀、開采礦種、占地及礦山地質(zhì)環(huán)境等要素。項目組根據(jù)資料核實判斷錯漏的圖斑及屬性，進行數(shù)據(jù)驗核、補漏，并將監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)入庫、統(tǒng)一匯總；利用數(shù)據(jù)庫專題要素的統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合礦山開采規(guī)劃和礦政執(zhí)法管理全面、快捷、準確的要求，著手編制各區(qū)綜合礦山等多信息要素專題圖(表3)。

表3 各類圖斑野外核查判斷標準

3.5 礦山開采動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)及應(yīng)用

利用三維地理信息平臺進行采礦類專題信息疊加，構(gòu)建基于空間地理信息的礦山開采數(shù)據(jù)庫?？芍苯语@示監(jiān)測區(qū)礦山、采礦點及礦山環(huán)境圖斑空間分布現(xiàn)狀和動態(tài)環(huán)境，為監(jiān)測區(qū)礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用、查處非法采礦，提供宏觀、逼真、形象的定性、定量三維分析查詢及管理支撐(圖1)。

圖1 三維立體景觀

3.6 監(jiān)測成果統(tǒng)計與分析評價

將野外核查確認得出的各重點地區(qū)礦山開采遙感動態(tài)監(jiān)測變化情況，按礦種類型、開采現(xiàn)狀等分別進行匯總統(tǒng)計，以得出各地區(qū)礦山的開采動態(tài)變化數(shù)據(jù)。

4 注意事項

4.1 采礦圖斑的分類原則

采礦圖斑分類應(yīng)遵循便于對被監(jiān)測礦山進行分類分析、統(tǒng)計和管理的原則進行。采礦圖斑按照登記情況、開采礦種、開采方式、開采現(xiàn)狀、疑似非法類型等進行分類；其他圖斑按照實際情況分類。

4.2 數(shù)據(jù)服務(wù)拓展探索

用于礦山監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)種類豐富、分辨率高、信息量好，可以多期次提供給社會各界，廣泛用于土地監(jiān)測調(diào)查、城鄉(xiāng)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測調(diào)

查等諸多領(lǐng)域，因此監(jiān)測工作中要利用遙感數(shù)據(jù)寬泛應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢，重視拓寬數(shù)據(jù)的利用，讓這些數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的社會效益和經(jīng)濟效益[6]。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的以人力巡查為主的礦產(chǎn)開發(fā)監(jiān)管手段，不僅會造成人力物力的大量浪費，并且也很難適應(yīng)社會科技化、信息化的發(fā)展對礦政管理的新需要。該文結(jié)合近年來山東省利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進行的礦產(chǎn)勘查開采動態(tài)監(jiān)測工作取得的成功經(jīng)驗，對工作的主要內(nèi)容以及相關(guān)技術(shù)要求進行了總結(jié)，不僅對今后一段時間山東省的相關(guān)工作具有指導作用，而且對于全國其他地區(qū)開展的類似工作具有一定的參考價值。

參考文獻：

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