區(qū)域礦山遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施效果評(píng)估研究

劉 斌

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

1 礦山遙感監(jiān)測(cè)

礦山遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過遙感技術(shù)對(duì)礦山數(shù)量、利用情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并達(dá)到輔助政府和相關(guān)人員進(jìn)行決策和管理的目標(biāo)。遙感影像數(shù)據(jù)是整個(gè)監(jiān)測(cè)活動(dòng)的基礎(chǔ)底圖。疊加在遙感底圖上的矢量數(shù)據(jù)等文件信息可以參考整個(gè)監(jiān)測(cè)活動(dòng)。因此，在構(gòu)建礦山遙感監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠起到支持決策和管理的作用。整體的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有以下特點(diǎn)，首先，遙感監(jiān)測(cè)所需要的數(shù)據(jù)眾多，不僅包括各類的監(jiān)測(cè)成果，還有很多監(jiān)測(cè)指標(biāo)，這些指標(biāo)和結(jié)果相互聯(lián)動(dòng)和互相印證，就會(huì)導(dǎo)致整體的監(jiān)測(cè)過程非常繁瑣，需要統(tǒng)計(jì)多種格式的數(shù)據(jù)，并需要不同軟件的銜接互換[2]。

2 區(qū)域礦山遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施效果評(píng)估特點(diǎn)

（1）特殊性。礦井遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加專業(yè)和特殊。從數(shù)據(jù)的內(nèi)容來看，礦山遙感監(jiān)測(cè)處理的大多是地理信息空間數(shù)據(jù)。從規(guī)模上看，這些數(shù)據(jù)是由各級(jí)縣行政區(qū)提取的。從項(xiàng)目管理的角度來看，礦區(qū)監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)處理雖然規(guī)模較小，但由于考慮了周期和進(jìn)度安排、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和人員協(xié)調(diào)，因此非常復(fù)雜和特殊。

（2）可變性。挖掘監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不是不可變的。首先，監(jiān)測(cè)單位或機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)監(jiān)控需求調(diào)整圖層字段定義和字段之間的約束，這直接導(dǎo)致元數(shù)據(jù)文件的自適應(yīng)調(diào)整，間接導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)、命名規(guī)則、字段邏輯、拓?fù)潢P(guān)系和坐標(biāo)的變化，間接影響統(tǒng)計(jì)報(bào)表和元數(shù)據(jù)表等結(jié)果。其次，有些任務(wù)前期不明確，不可知或多變，最終會(huì)由用戶和監(jiān)控人員反復(fù)討論后確定。這要求應(yīng)用程序在提供定制服務(wù)的同時(shí)應(yīng)該是可擴(kuò)展的。

3 區(qū)域礦山遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)流程

在實(shí)際的礦山遙感監(jiān)測(cè)中確定固定的流程是非常有必要的，此外在實(shí)際的管理中，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化整體的技術(shù)流程，首先，需要做好前期的準(zhǔn)備，準(zhǔn)備好相關(guān)的數(shù)據(jù)、調(diào)試好器材并制定野外監(jiān)測(cè)路線，然后，尋找對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)并進(jìn)行相關(guān)的野外驗(yàn)證，明確調(diào)查與初步解譯中的差異，如果發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤的類別則需要增加檢驗(yàn)的樣本，并逐一驗(yàn)證。整體的工作流程如圖1。在礦區(qū)監(jiān)測(cè)完畢之后，會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編制和管理，并進(jìn)行下一步的決策。

（1）研究區(qū)情況。本文以河北遷西、山東龍口等為研究區(qū)，在該研究區(qū)域中，河北省基本的開采以露天和地下鐵礦開采為主，也包括白云巖的開采，山東省研究區(qū)主要是以金礦開采、飾面花崗巖開采為主。本次選用了兩景2m、8m星（高分一號(hào)02、03、04衛(wèi)星），數(shù)據(jù)產(chǎn)品為L(zhǎng)1A級(jí)[1]。

（2）數(shù)據(jù)提取。通常情況下應(yīng)當(dāng)選擇下列為解釋標(biāo)志，同時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，主要包括以下幾點(diǎn)：①露天工作面。和普通的裸地不同，采煤工作面因?yàn)橐媾R持續(xù)開采，一般會(huì)比周邊地形更低。對(duì)于露天的礦來說，遙感影像的色調(diào)與紋理和周邊環(huán)境有明顯的差異。在高分辨率的圖像中，排土場(chǎng)與礦坑的解譯有較大差別，礦坑邊坡一般呈現(xiàn)階梯狀。②固體廢棄物。固體廢棄物有很多種類，大多數(shù)都放置在礦井周邊。圖像中的固體廢棄物一般會(huì)有清晰的輪廓，其內(nèi)部紋理會(huì)呈現(xiàn)細(xì)密、有序的特征。在高分辨率的遙感影像當(dāng)中，衛(wèi)星能夠直接分辨出裸露尾礦區(qū)域。③粉塵污染。關(guān)于粉塵污染的圖像，其顯示一般在植被欠發(fā)達(dá)地區(qū)，污染區(qū)域下方地表有濃烈霧感，污染區(qū)域的整體輪廓不夠清晰，所以非常容易進(jìn)行區(qū)分。④地面塌陷。引起局部地面塌陷的原因是過度開采地下礦產(chǎn)資源引起的，因此塌陷坑有一定的深度，在陰影的效果下，衛(wèi)星圖顯示的地形形態(tài)會(huì)明顯呈現(xiàn)三維效果，其通常會(huì)呈群體分布。⑤地裂縫。地裂縫位于淺層土壤結(jié)構(gòu)與地表結(jié)構(gòu)的變化，促使部分土壤濕度、透水性以及含水量增大，濕度下降，呈現(xiàn)線性圖像的特征。

（3）數(shù)據(jù)處理。礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)中，在解譯要素識(shí)別前，需要對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理。在envi中使用GF-1衛(wèi)星的擴(kuò)展模塊打開數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)XML文件中的衛(wèi)星類型改為GF-1。全色和多光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過正射校正后，進(jìn)行配準(zhǔn)和融合。最后，以研究區(qū)的GF-1影像為底圖，對(duì)兩個(gè)L1A數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，校正后的影像幾何精度滿足要求。校準(zhǔn)時(shí)遵循以下原則：①控制點(diǎn)選擇在地形圖和影像上能正確識(shí)別和定位的明顯點(diǎn)。②控制點(diǎn)擬合誤差控制在2像素以內(nèi)。③控制點(diǎn)的選擇遵循均勻分布原則?？刂泣c(diǎn)一般選在8個(gè)象限，控制面積盡量大。

（4）礦區(qū)遙感資源開發(fā)和利用評(píng)價(jià)。①環(huán)境監(jiān)測(cè)。對(duì)于中小型地下礦山，衛(wèi)星圖像紋理不夠清晰，但可以區(qū)分礦山道路、廢石堆和簡(jiǎn)易生產(chǎn)辦公樓，無法識(shí)別井架和井口位置。根據(jù)開采礦物的不同，金礦的礦堆呈灰白色，但地下開采的礦堆難以區(qū)分和判斷。對(duì)于露天礦山，在的圖像上可以看到明顯的負(fù)地形采場(chǎng)，在開采中的露天礦山上可以看到新鮮活躍的采面，圖像被突出顯示，可以識(shí)別礦山的開采狀況；一般情況下，礦山環(huán)境治理、礦山排土場(chǎng)和其他環(huán)境說明都顯示清楚。②衛(wèi)星數(shù)據(jù)可識(shí)別精讀。一般來說，用肉眼識(shí)別彩色圖像時(shí)，可以從背景中分離出40～50個(gè)像素左右的礦山地物，粗略判斷土地利用性質(zhì)。對(duì)于中小型地下開采礦山，如果開采活動(dòng)與周圍原始地形對(duì)比明顯，開采運(yùn)輸?shù)缆窐?biāo)志明顯，廢石堆較新鮮，衛(wèi)星圖像可以解譯礦山位置，但無法識(shí)別井口和平硐位置。在露天礦中，在衛(wèi)星像上可以看到明顯的負(fù)地形采坑，在所開采的露天礦中可以看到活躍的開采面和礦路，可以識(shí)別開采狀態(tài)。采場(chǎng)邊界與周圍特征對(duì)比明顯，邊界清晰，易于圈定。對(duì)于礦山環(huán)境要素等可在圖像上進(jìn)行解譯。尾礦庫還可以根據(jù)圖像色調(diào)、是否高亮、是否有液體等判斷利用狀況，根據(jù)開采礦產(chǎn)和開采狀況推斷礦堆、廢石堆和礦山建筑物的利用狀況，露天礦臨時(shí)搭建的簡(jiǎn)易工棚無法識(shí)別。

4 區(qū)域礦山遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施效果優(yōu)化

（1）做好現(xiàn)場(chǎng)勘查輔助。針對(duì)解釋人員的解釋結(jié)果、專業(yè)知識(shí)和圖像分辨率密切相關(guān)的問題，建議一方面建立系統(tǒng)的礦山開發(fā)現(xiàn)狀遙感調(diào)查和監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)。另一方面，應(yīng)加強(qiáng)中低分辨率圖像分布區(qū)的野外調(diào)查，尤其是地下礦區(qū)，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，并結(jié)合實(shí)際的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行合理的優(yōu)化。

（2）加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)測(cè)。對(duì)于開采周期短、工藝簡(jiǎn)單的礦產(chǎn)，建議進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如果有某一個(gè)地區(qū)符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則優(yōu)先進(jìn)行該區(qū)域的遙感監(jiān)測(cè)，而不是等到全部數(shù)據(jù)采集完成后，再進(jìn)行個(gè)別監(jiān)測(cè)，一般情況下，達(dá)到每年監(jiān)測(cè)3-4次的頻率最佳。隨著高分系列、天繪系列、遙感系列等國(guó)內(nèi)衛(wèi)星發(fā)展越來越成熟，處理的數(shù)據(jù)數(shù)量越來越多，遙感數(shù)據(jù)采集能力也越來越強(qiáng)。遙感監(jiān)測(cè)需求可以得到充分滿足，因此也需要加強(qiáng)技術(shù)管理，并逐漸推動(dòng)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星在該領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)需要做好技術(shù)的優(yōu)化和設(shè)備的保養(yǎng)，針對(duì)設(shè)備的技術(shù)變化，對(duì)于人員的要求程度更高，如果一旦出現(xiàn)安全故障，其要想檢修也是非常不容易的，往往需要付出更多的資金，針對(duì)以上問題如果想提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定程度，就需要建立完善可靠的管理系統(tǒng)，以穩(wěn)定整體的設(shè)備運(yùn)行需求。

（3）做好工作人員管理。建立嚴(yán)格的工作人員管理制度，提升遙感監(jiān)測(cè)、研究和服務(wù)水平。落實(shí)技術(shù)人員的崗位自認(rèn)制度，并通過聘任和考核等途徑做好人才管理。在實(shí)際的管理中應(yīng)加強(qiáng)人才管理，形成技術(shù)精湛、結(jié)構(gòu)合理的人才隊(duì)伍。技術(shù)人員需要獨(dú)立完成自身的工作，并能負(fù)責(zé)設(shè)備日常維修和保養(yǎng)，具備一定的技術(shù)改造和創(chuàng)新能力，嚴(yán)格遵守相關(guān)的規(guī)章，做好工作協(xié)同管理。

5 結(jié)語

總而言之，在實(shí)際的礦區(qū)勘測(cè)中，需要做好技術(shù)研究，并定向優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用，盡可能提升整體的技術(shù)實(shí)施效果，以當(dāng)下的技術(shù)水平進(jìn)行分析，衛(wèi)星勘測(cè)中遙感監(jiān)測(cè)依然存在一些問題，這些都需要逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化，并整體上將遙感監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性提升，相較于傳統(tǒng)的GIS技術(shù)，遙感技術(shù)更加靈活、規(guī)范、科學(xué)，而編制標(biāo)準(zhǔn)化的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)編制標(biāo)準(zhǔn)也是非常有必要的，因此更需要加速技術(shù)研究，并制定靈活性好、拓展性高的技術(shù)設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)集中管理，這樣能將整體的監(jiān)測(cè)效果優(yōu)化和完善，提升管理效能。