礦山開發(fā)狀況遙感監(jiān)測技術的應用*

朱俊鳳，王耿明

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

礦山開發(fā)狀況遙感監(jiān)測技術的應用*

朱俊鳳，王耿明

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

論述了礦山開發(fā)狀況遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)源、技術路線和技術方法，并重點探討和總結(jié)了不同開采方式、不同遙感數(shù)據(jù)類型的礦山開發(fā)狀況遙感解譯方法，主要結(jié)論有：對于露天開采礦山，在高、中分辨率遙感影像上，采用直接解譯方法，在低分辨率遙感影像上，采用間接解譯方法；對于地下開采礦山，在高分辨率影像上，采用直接解譯方法，在中、低分辨率影像上，采用間接解譯方法；多期影像對比分析是重要的間接解譯方法。最后對應用中存在的問題給出了建議。

礦山開發(fā)；遙感監(jiān)測；遙感解譯方法；影像對比分析

0 引言

遙感技術具有宏觀、動態(tài)、客觀等優(yōu)點[1]，利用遙感技術，開展礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測，獲取礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況的第一手資料，能夠為整頓和規(guī)范礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序提供技術支撐，實現(xiàn)對區(qū)域礦山開發(fā)秩序的有效監(jiān)管，推動礦山的健康和可持續(xù)發(fā)展[2-3]。

目前用于礦山開發(fā)狀況調(diào)查的遙感數(shù)據(jù)種類多樣，空間分辨率從0.5 m到5 m不等，色彩上有模擬真彩色影像和黑白影像，同一類開采礦山在不同遙感影像上的特征往往不一樣，同時不同的開采礦種、不同開采方式的礦山在同一種類遙感影像上的表現(xiàn)特征也不一樣。因此，礦山開發(fā)狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測的解譯標志多樣，解譯方法多樣。本文以廣東省礦山環(huán)境監(jiān)測項目為例，論述了礦山開發(fā)狀況遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)源、技術路線和技術方法，并重點探討和總結(jié)了不同開采方式、不同遙感數(shù)據(jù)類型的礦山開發(fā)狀況遙感解譯方法，最后對應用中存在的問題提出了一些建議。

1 遙感數(shù)據(jù)源

“廣東省礦山開發(fā)狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測”、“廣東省礦山環(huán)境監(jiān)測” 項目從2012年度開始，目前已開展了3個年度，其遙感數(shù)據(jù)來源于全國土地變更調(diào)查與監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)，為正射校正數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)種類包括：Pleiades 1(P1)、WorldView1(WV1)、WorldView2(WV2)、WorldView3(WV3)、GeoEye1(GE)、QuickBird(QB)、Ikonos(IK)、SPOT5、SPOT6、高分1(GF1)、資源3(ZY3)、天繪(TH1)、資源1號02C(02C)、RapidEye(RE)、遙感2(YG2)、遙感8(YG8)、遙感14(YG14)等。按空間分辨率的大小，將以上數(shù)據(jù)大致分為3類：

1)高分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率優(yōu)于1 m的數(shù)據(jù)，包括P1、WV1、WV2、WV3、GE、QB、IK。該類數(shù)據(jù)整體質(zhì)量良好，紋理清晰、色彩均勻、反差適中，不僅能夠識別露天開采的采場、堆場、礦山建筑，對地下開采礦山也有很好的反映[4-5]。

2)中等分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率為1.5 m～2.5 m，包括SPOT5、SPOT6、GF1、ZY3、TH1、02C。該類數(shù)據(jù)對地下開采的解譯較為困難，但對露天開采有較為直觀的反映[6-7]。

3)低分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率為5 m，包括RE、YG2、YG8 、YG14。該類數(shù)據(jù)空間分辨率較低，紋理信息較差。

2 技術路線

在建立解譯標志的基礎上，采用人機交互解譯的方法提取礦山開發(fā)狀況信息，在與廣東省年度采礦權、探礦權綜合對比分析的基礎上，提取年度礦產(chǎn)疑似違法勘查、開采圖斑類型、數(shù)量、涉及礦種等，并進行野外實地核查，形成礦產(chǎn)疑似違法圖斑統(tǒng)計匯總表，編制礦產(chǎn)疑似違法圖斑分布圖[8]。礦山開發(fā)狀況信息提取技術流程，如圖1。

圖1 技術流程圖Fig.1 Technical route

3 遙感信息提取方法

3.1 信息提取內(nèi)容

礦產(chǎn)資源開采狀況遙感調(diào)查的解譯內(nèi)容主要包括：

1)礦產(chǎn)資源開采點(或面)位置(井口、硐口、露天采場、活動采區(qū))；

2)開采狀況(開采、停產(chǎn)或關閉)；

3)開采礦種(鐵、鉛鋅等)；

4)開采方式(露天、地下、聯(lián)合)；

5)開采秩序(越界開采、無證開采等)。

3.2 解譯標志建立

根據(jù)遙感影像色彩、形狀、大小、影紋、位置等，建立礦產(chǎn)資源開采點(或面)位置、開采狀態(tài)(正在開采、停采或關閉)、開采礦種等的解譯標志。由于遙感數(shù)據(jù)多樣、開采礦種多樣，因此不可能建立所有礦種所有遙感數(shù)據(jù)的解譯標志，只能建立一般、通用解譯標志，具體如下：

1)正在開采礦山：露天開采礦山開采面在遙感影像色調(diào)上呈現(xiàn)白、白灰、灰色調(diào)，比周圍地形要低，紋形粗糙，正在開采礦山有道路穿插采場中，在高分辨率影像上可見運輸車和挖掘機、礦山建筑等。在中低分辨率影像上，對于小型礦山或不能直接判定開采狀況的，可通過多期影像對比判定。

2)關?；驈U棄礦山：首先，通常情況下停采場含水量比正在開采的采場要高，采坑可見積水，遙感影像上其色調(diào)要比正在開采的采場暗，其次，不可見鉤機、車輛。多期影像對比沒有變化或變化不大。

3)硐口位置判斷：地下開采的硐口位置比較隱蔽，直接判定較為困難，可采用間接標志進行判斷，如硐口附近的斷頭軌道或道路，部分搭建有條狀工棚，礦石堆、固體廢棄物堆場，運礦車等(見圖2)。

圖2 地下開采礦山遙感影像及野外照片F(xiàn)ig.2 Remote sensing image and field photos of underground mine

3.3 遙感解譯方法

3.3.1 直接解譯

對于露天開采礦山，在高分辨率遙感影像上，礦山采場、礦山建筑、礦山道路、固體廢棄物等都有明顯解譯標志，正在開采礦山還可見運輸車輛、礦山機械、鉤機等，影像特征明顯，結(jié)合采礦權、探礦權信息，一般可以直接判定是否為疑似違法開采礦山。在中等分辨率遙感影像上，大型露天開采礦山的采場、礦山建筑、礦山道路等也較為明顯，可以通過直接解譯的方式判定是否為疑似違法開采礦山。在低分辨率遙感影像上，礦山開采痕跡不明顯，通常要借助間接解譯方式進行解譯。

對于地下開采礦山，在高分辨率影像上，礦山建筑、礦山道路、中轉(zhuǎn)場地、固體廢棄物等有明顯解譯標志，借助條帶狀鐵軌、硐口處的固體廢棄物堆場能判定硐口位置，有時還能直接圈定硐口位置，如山體邊緣的細小陰影就很可能為硐口，通過影像的色調(diào)、影像上的車輛等可以直接判定開采狀態(tài)以及是否為疑似違法開采圖斑。在中、低分辨率影像上，地下開采礦山的開采狀態(tài)難以直接判定，需要間接解譯。

3.3.2 影像對比分析

對于難以直接解譯的礦山開發(fā)狀況，多期影像對比分析是判定礦山開發(fā)狀況的重要方法。多期影像對比分析方法主要針對兩種情況：一是新增圖斑，二是擴大圖斑。新增圖斑是指在上一年度沒有剝土痕跡，而在該年度有剝土痕跡，且能夠判定該剝土不是由于開荒種植、地質(zhì)災害等造成。新增圖斑一般有道路通達。表1上排圖像為新增圖斑兩期影像對比變化和野外照片，前一年度為2013年度，后一年度為2014年度，從影像對比變化可以看出，上排圖斑兩期影像對比沒有變化，下排圖斑兩期影像對比為新增圖斑，且有道路通達，從圖斑開采痕跡判斷為陶瓷土，野外實地調(diào)查該圖斑開采面新鮮，鉤機痕跡明顯，為無證開采陶瓷土。擴大圖斑是指該年度圖斑范圍比上一年度有明顯擴大，且圖斑色調(diào)呈現(xiàn)白、灰白，正在開采可能性大。表1下排圖像為擴大圖斑的兩期影像對比變化和野外照片，前一年度為2013年度，后一年度為2014年度，從圖中可以看出2014年度圖斑有明顯擴大，且影像色調(diào)發(fā)白，有道路通達，從圖斑開采痕跡判斷為陶瓷土，野外實地調(diào)查該圖斑開采面新鮮，鉤機痕跡明顯，為無證開采陶瓷土。

表1 影像對比分析和野外照片Tab.1 Images’ contrast analysis and field photos

3.3.3 開采礦種判定

開采礦種的判定主要結(jié)合采礦權、探礦權、廣東省礦產(chǎn)資源分布特點、遙感影像特征等進行綜合判定。露天開采礦山多為砂、石、粘土、陶瓷土、稀土、鐵礦等，地下開采多為鉛鋅礦、鎢礦等，石場、陶瓷土、稀土、鐵礦等影像特征明顯，礦種判定較為容易，室內(nèi)解譯不能判定的，根據(jù)野外調(diào)查進一步判定。

4 存在問題與建議

4.1 存在問題

通過3個年度的廣東省礦山開發(fā)狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測的開展，取得了一系列成果，但也還存在一些問題，主要有：

1)解譯結(jié)果準確性和解譯人員專業(yè)知識、影像分辨率等有較大關系。同一片區(qū)域、同一類遙感影像數(shù)據(jù)，專業(yè)知識欠缺的人去解譯，解譯結(jié)果往往錯判、漏判率較高，而專業(yè)知識扎實的人解譯結(jié)果準確率往往較高。對于高分辨率影像分布區(qū)域，各類解譯標志明顯，解譯結(jié)果準確率高，中等分辨率影像分布區(qū)域，露天開采礦山解譯結(jié)果準確率高，而地下開采礦山解譯結(jié)果準確率相對要低，低分辨率影像分布區(qū)域無論對于露天開采礦山還是地下開采礦山解譯結(jié)果漏判、錯判率都相對較大。

2)開采周期短、工藝簡單的礦種，如建材類、陶瓷土、稀土等，年底野外調(diào)查時往往已開采完畢或沒有人員、設備，未能及時發(fā)揮遙感監(jiān)測的作用。建材類、陶瓷土、稀土等礦山，開采周期短、工藝簡單，往往幾個月就開采完畢，而野外調(diào)查一般在當年的年底和第二年年初進行。因此，野外調(diào)查時，疑似違法開采點已沒有開采人員或設備，導致違法主體不明，給有效打擊違法開采人員帶來難度，也未能及時發(fā)揮遙感監(jiān)測的作用。

4.2 建議

針對上述問題，筆者提出了幾點建議：

1)針對解譯結(jié)果和解譯人員專業(yè)知識、影像分辨率等有較大關系的問題，建議一方面建立系統(tǒng)的礦山開發(fā)狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測技術標準，加強專業(yè)技術人員培訓，另一方面在開展野外調(diào)查時相應加大中低分辨率影像分布區(qū)域的野外調(diào)查力度，特別是對于地下開采礦山區(qū)域[9]。

2)針對開采周期短、工藝簡單的礦種，建議開展動態(tài)監(jiān)測，哪個區(qū)域收集到數(shù)據(jù)，哪個區(qū)域就優(yōu)先開展遙感監(jiān)測，不必等到全省數(shù)據(jù)都收集完畢、年底再開展，爭取每年能有3～4次的監(jiān)測。隨著國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)越來越多，如資源一號02C[10]、高分系列、資源3號、天繪系列、遙感系列衛(wèi)星等，遙感數(shù)據(jù)獲取的能力越來越大，這一需求完全能夠滿足，也能極大地促進國產(chǎn)衛(wèi)星的應用。

5 結(jié)論

本文論述了礦山開發(fā)狀況遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)源的種類、技術路線和技術方法，并重點探討了不同開采方式、不同遙感數(shù)據(jù)類型的礦山開采狀況遙感解譯方法以及應用中還存在的問題與建議，得出如下結(jié)論：

1)對于露天開采礦山，在高、中分辨率遙感影像上，可以采用直接解譯方法，在低分辨率遙感影像上，采用間接解譯方法。

2)對于地下開采礦山，在高分辨率影像上，可以采用直接解譯方法，在中、低分辨率影像上，采用間接解譯方法。

3)多期影像對比分析是判定礦山開發(fā)狀況的重要間接解譯方法。

4)為了提高遙感解譯的準確率，工作中要強化技術標準建立，加強專業(yè)技術人員培訓，中、低分辨率影像分布區(qū)域要相應加大野外調(diào)查力度。

5)對開采周期短、工藝簡單的礦種，建議采用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展動態(tài)監(jiān)測，爭取每年能有3～4次監(jiān)測。

[1] 王娟，張普斌，張建國，等.基于RS和GIS的礦山環(huán)境綜合評價——以甘肅省白銀煤礦區(qū)為例[J].礦產(chǎn)勘查，2012(6)：873-882.

[2] 王燕波，羅偉，李名勇，等.基于高分辨率遙感影像的礦山開發(fā)監(jiān)測研究[J].熱帶地理，2011(4)：377-382.

[3] 趙祥，劉素紅，王安建，等.基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的江西德興銅礦開采環(huán)境影響動態(tài)監(jiān)測分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2005(2)：68-74.

[4] 王曉紅，聶洪峰，楊清華，等.高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦山開發(fā)狀況及環(huán)境監(jiān)測中的應用效果比較[J].國土資源遙感，2004(1)：15-18.

[5] 鄭躍鵬，曾新平，蔡勁宏.近年遙感技術新進展及幾點思考[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2004(3)：269-273.

[6] 吳虹，楊永德，王松慶.Quickbird-2&；SPOT-1礦山生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查試驗研究[J].國土資源遙感，2004(4)：46-49，80.

[7] 馬世斌，張焜.基于遙感的察爾汗鹽湖礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況調(diào)查研究[J].遙感信息，2010(3)：71-74.

[8] 楊金中，秦緒文，聶洪峰，等.礦山遙感監(jiān)測工作指南[M].北京：中國大地出版社，2009.

[9] 聶洪峰，楊金中，王曉紅，等.礦產(chǎn)資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術問題與對策研究[J].國土資源遙感，2007(4)：11-13.

[10] 黃鐵蘭，黃華谷，朱俊鳳.資源一號02C數(shù)據(jù)在稀土開采遙感監(jiān)測中的應用與評價[J].廣東工業(yè)大學學報，2015(2)：32-37，85.

Application of Remote Sensing Monitoring Technology in Mine Development

ZHU Jun-feng，WANG Geng-ming

(GuangdongGeologicSurveyInstitute，GuangzhouGuangdong510080，China)

From the remote sensing data source，technical route，and method，the remote sensing interpretation method for different mining methods，and different types of remote sensing data in remote sensing monitoring for mine development are mainly discussed and summarized.The main conclusions are：for open-cut mines，in the high and medium spatial resolution remote sensing images，the direct interpretation method is adopted，and in the low resolution remote sensing images，the indirect interpretation method is adopted；for underground mines，in the high resolution image，the direct interpretation method is adopted，and in the medium and low resolution image，the indirect interpretation method is adopted；using multi-phase images for comparison analysis is an important indirect interpretation method.Finally，some suggestions are given for the problems of the application.

mine development；remote sensing monitoring；remote sensing interpretation method；images contrast analysis

2015-08-29

中國地質(zhì)調(diào)查局 “廣東省礦山環(huán)境監(jiān)測”(1212011220081)

P 237； TD 79

A

1007-9394(2015)04-0018-03

朱俊鳳(1985～)，女，江西上饒人，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)、資源、環(huán)境遙感解譯研究方面的工作。