遙感技術在安徽省重點礦區(qū)動態(tài)監(jiān)測中的應用

汪燕+李鄭賈+利萍

摘要：針對重點區(qū)域礦產(chǎn)資源監(jiān)測的局限性，以遙感技術為基礎，根據(jù)遙感影像幾何糾正、融合、鑲嵌、信息提取等方法原理，選取2011-2014年SPOT、IKONOS影像為數(shù)據(jù)源，對安徽省重點礦山進行動態(tài)監(jiān)測，建立重點礦山開發(fā)遙感動態(tài)監(jiān)測技術體系及技術方法。結果表明：（1）安徽省2011年到2014年重點礦山合法開采比例呈現(xiàn)逐年上升趨勢；（2）重點區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，其中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多。這些結論為制定重點區(qū)礦產(chǎn)資源規(guī)劃、整頓礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序、治理礦山地質環(huán)境、建立長效礦山監(jiān)測監(jiān)督管理機制等提供技術支撐和決策依據(jù)。

關鍵詞：遙感技術；安徽??；礦山資源；重點區(qū)域

遙感是非接觸的，遠距離的探測技術。一般指運用傳感器/遙感器對物體的電磁波的輻射、反射特性的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質、特征和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應用的科學技術。地理信息系統(tǒng)技術具有強大的空間分析功能，全球定位系統(tǒng)具有準確的定位特性。

利用遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術和全球定位技術等技術手段，調查監(jiān)測安徽省重點礦山的礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦山地質環(huán)境和礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況，對整頓礦產(chǎn)資源開發(fā)中的各類違法違規(guī)行為、規(guī)范礦產(chǎn)資源開發(fā)活動、保護礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用、制定礦產(chǎn)資源規(guī)劃、綜合整治礦區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

1.研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)域概況

安徽省位于中國東南部，地處長江下游，東鄰沿海，西接中原，是我國南北之間和東西之間的過渡地帶。地理范圍介于東經(jīng)114°53'～119°39'，北緯29°24'-34°36'之間，本次對全省6個涉及重點礦山的地級市，即合肥、蕪湖、蚌埠、淮南、馬鞍山、淮北區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況監(jiān)測。非遙感資料包括1：10000地形圖、安徽省重點礦山的采礦權登記材料以及2011-2014年安徽省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃資料等。

2.研究方法

研究區(qū)地處沿江平原與江淮丘陵，屬暖溫帶半濕潤季風氣侯，溫暖濕潤，四季分明。年平均氣溫在14℃～17℃之間，平均無霜期200d-250d，平均降水量800mm-1800mm，主要集中在春夏兩季。全省日照充足，光能資源較為豐富，年平均日照時數(shù)為1800h～2500h，適合多種植物的生長和動物的繁衍。

1.2數(shù)據(jù)來源

本文使用的主要數(shù)據(jù)包括遙感影像和相關的非遙感資料。采用兩種比例尺遙感數(shù)據(jù)源，露天開采的礦產(chǎn)資源主要采用1：5萬遙感數(shù)據(jù)，使用SPOT-5衛(wèi)星資料，遙感數(shù)據(jù)組合為5m分辨率多光譜數(shù)據(jù)及2.5m分辨率全色數(shù)據(jù)；地下開采的礦產(chǎn)資源主要采用1：1萬遙感數(shù)據(jù)源，其空間分辨率優(yōu)于1.0m，其數(shù)據(jù)主要類型為IKONOS影像，IKONOS有5個波段，PAN波段空間分辨率為1m，4個多光譜波段（藍光、綠光、紅光、近紅外波段）空間分辨率為4m，完全能夠滿足重點結合、計算機自動信息提取與人機交互解譯相結合、室內(nèi)綜合研究與實地調查相結合的技術路線對安徽省重點礦山開展遙感調查與監(jiān)測。主要涉及遙感圖像預處理以及礦山資源信息提取。主要的技術路線如圖1所示。

2.1遙感影像預處理

研究采用多個軟件平臺進行數(shù)據(jù)處理，主要涉及的平臺軟件有PCI10.0、ERDAS9.2，MapGIS6.7、ArcGis10.0。主要是對遙感數(shù)據(jù)進行融合處理、天然假彩色合成、幾何校正、正射糾正、配準、鑲嵌等。然后對其格式轉換后與地形矢量數(shù)據(jù)進行疊加顯示，以人一機交互方式對各種礦山開發(fā)狀況和礦山生態(tài)環(huán)境的有關內(nèi)容進行解譯，最后將解譯結果提供野外驗證。

2.1.1幾何糾正

遙感數(shù)字圖像幾何糾正的目的是為了改善原始影像的幾何變形，生成一幅滿足某種圖形表達要求或地圖投影的新圖像。本文選擇方法較簡單的多項式糾正法對原始影像進行幾何精糾正。為了提高配準精度，文中選擇20個控制點、10個檢測點，并與試驗區(qū)域GPS實測的坐標位置進行對比分析，使得待融合影像相互間的配準精度控制在0.5個像元之內(nèi)。由已知采樣點通過內(nèi)插得到各種非采樣點的灰度值的過程稱為像素重采樣，本論文選擇雙線性內(nèi)插法。

2.1.2圖像融合

融合的目的一是用于信息的提取，要求原始數(shù)據(jù)的處理不得產(chǎn)生光譜扭曲，以利于建立解譯標志，減少判讀的不確定因素；二是用于背景圖制作，要求圖像清晰、色彩鮮艷。融合可在同一時相、相同數(shù)據(jù)源之間進行，也可在不同時相、不同數(shù)據(jù)源之間進行，視具體情況而定。在不同時間獲取的圖像間進行融合處理時，要求不同時間圖像的內(nèi)容沒有大的變化。融合的方法有HIS法、主成份分析法、小波變換法、Brovey變換線性加權乘積、加法等，可根據(jù)效果采用不同的處理方法。

2.1.3圖像鑲嵌在相鄰圖像重疊區(qū)內(nèi)選擇同名點作為鑲嵌控制點，兩景同名地物嚴格對準，擬合中誤差在1個像元左右。鑲嵌圖像問進行了亮度匹配，以降低灰度差異。鑲嵌拼接線的選擇無論是采用交互法還是自動選擇，均需是一條折線或曲線，在拼接點兩旁選用“加權平均值方法”進行灰度圓滑。

經(jīng)過預處理后的區(qū)域IKONOS和SPOT遙感影像數(shù)據(jù)如圖2、3所示。

2.2礦山資源信息提取

采用基于面向對象的方法對重點區(qū)域礦山影像進行提取，面向對象的影像分割主要涉及分割尺度、形狀權重等參數(shù)的設定。經(jīng)過多次試驗，本文具體分割參數(shù)選擇如下：顏色（光譜）權重為0.8，形狀權重為0.2，其中光滑度權重為0.9，緊湊度權重為0.1，分割尺度為10。具體流程如圖4所示。分類規(guī)則按照礦區(qū)信息在影像上的特征，建立礦山影像信息提取規(guī)則集。最后將解譯結果進行野外驗證。

3.監(jiān)測結果分析

經(jīng)過以上遙感影像預處理、礦山影像分類主要包括兩步：影像的尺度分割以及分類規(guī)則的建立。

用資源信息提取等技術方法，獲取安徽省重點礦區(qū)2011年～2014年動態(tài)監(jiān)測結果。endprint

鑒于重點礦山每年圈定的數(shù)量不同，在進行動態(tài)監(jiān)測時，重點比較不同年份的百分比變化狀況。因此，圈定的重點礦山數(shù)量不同不會影響動態(tài)變化趨勢的分析。

3.1重點礦區(qū)開發(fā)狀況遙感監(jiān)測

2011年-2014年合法開采礦山比例動態(tài)分布如圖5所示。由圖可知，2011年到2014年安徽省重點礦山合法開采比例逐年上升，由2011年的占開采點總數(shù)的48.6%到2014年的62.03%，這表明，隨著相關政府的監(jiān)督和法規(guī)的形成，重點區(qū)域合法礦山開發(fā)形勢逐年變好。

2011年到2014年的主要違規(guī)開采方式是無證開采和越界開采，擅自改變開采方式違法開采數(shù)量相對較少；主要違規(guī)開采類型是露天開采，地下開采疑似違法數(shù)量相對較少；主要違規(guī)開采企業(yè)類型是私營企業(yè)。圖6、圖7分別展示了疑似違法和疑似越界開采示意圖。

2011年～2014年重點區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，在各種違法的非金屬礦山中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多，而能源礦和金屬礦的開采秩序較好，僅僅極少數(shù)分別是疑似違法開采煤礦、石煤和鐵礦。

3.2重點礦區(qū)空間分布動態(tài)變化

從空間分布的動態(tài)分析可知，2011年～2014年安徽省重點區(qū)域礦山疑似違法開采的圖斑范圍越來越小，預示著重點區(qū)域礦山開發(fā)朝著良好的方向發(fā)展。此外，宣城市在2011和2013年均是疑似違法開采圖斑最大的縣（區(qū)）所在市，建議市級單位部門應采取相應的措施改善目前狀況。

3.3安徽省重點區(qū)礦山開發(fā)特征

通過對安徽省重點區(qū)域礦山開發(fā)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分析，可以總結以下典型現(xiàn)象：

首先，礦權過期，但實際仍然在開采，這樣現(xiàn)象在開采非金屬礦產(chǎn)中較為普遍，此外，在全省部分縣市都存在一些盜采現(xiàn)象，表現(xiàn)為少數(shù)人用挖掘機開采礦產(chǎn)資源。

其次，磚瓦用粘土礦違法較為普遍，違法類型主要為無證開采和越界開采，以廣德縣為典型；金屬礦和能源礦在調查區(qū)范圍內(nèi)違法開采較少。

綜合以上結論，建議當前對礦產(chǎn)資源管理較落后的市縣應當引起高度重視，重點區(qū)域礦山的不合理開發(fā)不僅對資源的利用有負面作用，而且，對當?shù)氐沫h(huán)境也帶來重要的危害，嚴重阻礙區(qū)域的經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展。礦產(chǎn)資源不合理開采對環(huán)境影響如圖8、圖9所示。

4.結束語

本文針對當前安徽省重點區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)的現(xiàn)狀，以IKONOS和SPOT為主要數(shù)據(jù)源，采用高分辨率礦山影像信息提取方法，實現(xiàn)2011年～2014年重點區(qū)域礦山資源的動態(tài)監(jiān)測，得出以下結論：

首先，安徽省2011年～2014年重點礦山合法開采比例逐年上升，疑似違法開采比例呈現(xiàn)逐年下降趨勢，這表明，隨著相關政府的監(jiān)督和法規(guī)的形成，重點區(qū)域礦山開發(fā)形勢逐年變好；重點區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，其中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多。

其次，2011年～2014年安徽省重點區(qū)域礦山疑似違法開采的圖斑范圍越來越小，部分縣區(qū)對礦產(chǎn)資源管理較為顯著，違法開采數(shù)量大幅降低。

最后，重點區(qū)域礦山的不合理開發(fā)不僅對資源的利用有負面作用，而且，對當?shù)氐沫h(huán)境也帶來重要的危害，嚴重阻礙區(qū)域的經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展。

本文結合高分辨率數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了重點區(qū)域礦山資源的動態(tài)監(jiān)測，雖然對區(qū)域礦產(chǎn)資源的合理開采具有一定的作用，但未深入分析重點區(qū)域礦產(chǎn)資源的開發(fā)對環(huán)境的影響，這將是下一步研究的主要方向。endprint