遙感技術(shù)在礦山開發(fā)監(jiān)測中的應(yīng)用探析

秦世舉

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、礦區(qū)遙感監(jiān)測應(yīng)用現(xiàn)狀

目前應(yīng)用比較廣泛的高空間分辨率數(shù)據(jù)主要有WorldView、SPOT、QuickBird、國產(chǎn)高分系列等。商業(yè)對地觀測衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中WorldView-4 數(shù)據(jù)的全色波段分辨率已經(jīng)達(dá)到0.3m，軌道重訪周期1.1d；國內(nèi)高空間分辨率衛(wèi)星中的高分系列具有較高的定位精度，高分二號衛(wèi)星（GF-2）空間分辨率優(yōu)于1m，幅寬達(dá)到45km。高時間分辨率中以高分四號衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用較多，作為中國第一顆地球同步軌道衛(wèi)星，擁有400m 的超大幅寬，重訪周期僅有20s。高光譜分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)Hyperion，幾何分辨率30m，波段數(shù)高達(dá)220個。無人機遙感是一種航空遙感手段，相比衛(wèi)星遙感具有精度高、成本低、續(xù)航時間長、實時傳輸、機動靈活的優(yōu)勢，已經(jīng)開始應(yīng)用于礦山監(jiān)測中。

（一）礦產(chǎn)資源開發(fā)監(jiān)測

礦產(chǎn)資源是一種不可再生資源，是社會生產(chǎn)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。礦產(chǎn)資源開發(fā)監(jiān)測的常用遙感解譯包括：①礦產(chǎn)資源開采點位置：井口、硐口、露天開采場、活動采區(qū)等。②開采礦產(chǎn)種類：鐵礦、煤礦等。③開采狀況：正在開采、停產(chǎn)、關(guān)閉。④開采方式：露天開采、地下開采、聯(lián)合開采。⑤礦業(yè)秩序：無證開采、越界開采等。通過對以上地物的監(jiān)測，一方面可以對礦區(qū)開發(fā)狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，指導(dǎo)礦山發(fā)展規(guī)劃和決策的制定，促進(jìn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)化發(fā)展；另一方面也可以對礦產(chǎn)資源開發(fā)催生出的違規(guī)開采等問題起到監(jiān)督作用，有效提高了礦政管理的工作效率。

（二）礦山環(huán)境監(jiān)測和治理

礦山開采的過程中對生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，如水體污染、大氣污染、植被退化、水土流失、土地塌陷等問題。在礦山環(huán)境監(jiān)測中，利用高光譜影像數(shù)據(jù)，可開展大型水體環(huán)境、宏觀生態(tài)環(huán)境、重大污染事故、核安全和生物多樣性等生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)。例如，以水體的反射光譜特征和水體顏色為指標(biāo)可以監(jiān)測水體污染；根據(jù)污染區(qū)的作物與正常生長區(qū)作物的光譜比對可以確定地面污染。利用遙感技術(shù)構(gòu)建礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價體系，進(jìn)而對礦山的污染治理提出合理化建議。

（三）地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和分析

礦產(chǎn)資源開發(fā)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題，滑坡、采空塌陷在各地的采礦區(qū)頻發(fā)。利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，主要體現(xiàn)在災(zāi)前預(yù)警、災(zāi)害監(jiān)測和災(zāi)后重建三個方面。在礦山遙感監(jiān)測中，通過對監(jiān)控區(qū)域多期影像對比可以發(fā)現(xiàn)次生地質(zhì)災(zāi)害的變化規(guī)律，排除礦山開采的安全隱患，對潛在的大型地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警，積極響應(yīng)評估災(zāi)害損失，對災(zāi)后重建工作有指導(dǎo)意義。

二、遙感技術(shù)礦山監(jiān)測應(yīng)用的挑戰(zhàn)

在礦山開發(fā)的過程中，利用多源遙感數(shù)據(jù)，能夠快速、及時、準(zhǔn)確地對地上地下采掘過程中引發(fā)的相關(guān)問題進(jìn)行監(jiān)控。但是，至今礦產(chǎn)資源遙感監(jiān)測技術(shù)在理論研究和實際應(yīng)用上仍存在一些不足，尚未得到大規(guī)模的推廣利用，主要原因如下：①我國礦山遙感的監(jiān)測區(qū)域大部分位于中高山區(qū)，地形復(fù)雜多變，受不同開發(fā)方式的影響，會引發(fā)各種違法開采和不同的地質(zhì)災(zāi)害問題。因此，正確選取監(jiān)控區(qū)域、合理規(guī)劃監(jiān)控覆蓋周期，是礦區(qū)遙感監(jiān)測的前提條件。②雖然目前遙感數(shù)據(jù)源種類繁多，但是衛(wèi)星的整體性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，且長期依賴于國外數(shù)據(jù)，難以為周期性觀測提供數(shù)據(jù)支撐。不同空間分辨率和光譜分辨率的數(shù)據(jù)價格不等，需要根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)的成像機理來選取合適的數(shù)據(jù)源，以較高的性價比取得良好的監(jiān)測效果。③結(jié)合不同礦山實體要素的遙感影像特征，建立完善的質(zhì)量控制體系，選取適宜的模式識別和圖像分類算法。輻射校正和圖像融合是高分遙感應(yīng)用于礦山監(jiān)測圖像處理中的核心，需要進(jìn)一步深入研究適用于大數(shù)據(jù)量級的高保真融合算法來提高礦山監(jiān)測工作的精度和效率。④礦山基礎(chǔ)遙感數(shù)據(jù)庫缺乏，阻礙了礦山遙感監(jiān)測的推廣應(yīng)用。在缺少相應(yīng)地質(zhì)、測量、采礦信息資料的情況下，如何建立遙感地理模型和遙感信息模型，構(gòu)建定量分析研究方法，實現(xiàn)多源遙感信息的復(fù)合是一項巨大的挑戰(zhàn)。

三、進(jìn)一步推廣礦山遙感監(jiān)測的建議

（一）加強宏觀調(diào)控

加大政府引導(dǎo)力度，制定礦山遙感監(jiān)測規(guī)范，完善礦山開采相關(guān)政策法規(guī)。合理統(tǒng)籌礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)劃布局，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。對于礦山開采過程中的越界開采、非法轉(zhuǎn)讓采礦權(quán)和探礦權(quán)等違法行為，礦產(chǎn)資源監(jiān)管機構(gòu)和基層執(zhí)法部門必須及時進(jìn)行清理和查處，建立依法有序的開采秩序。

（二）選取適宜數(shù)據(jù)源

在滿足經(jīng)濟適用的前提下，按照不同監(jiān)控目標(biāo)精度要求選取適宜分辨率的數(shù)據(jù)源。例如，利用中等分辨率衛(wèi)星影像對露天采礦場等大尺度地物進(jìn)行識別，對大范圍的水體污染、地質(zhì)塌陷、固體廢棄物堆積等環(huán)境問題進(jìn)行監(jiān)測；利用高分辨率衛(wèi)星影像可以對采礦場內(nèi)部礦坑、尾礦庫、排土場等小尺度地物的識別分類和變化監(jiān)測，顯示礦山內(nèi)部布局和細(xì)節(jié)；利用高光譜衛(wèi)星影像識別礦山環(huán)境要素和礦種類型，對礦山環(huán)境污染問題定量、半定量反演分析；利用微波遙感觀測礦山開采所引起的地面沉降、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題，且監(jiān)測過程中不受氣象條件限制。

（三）構(gòu)建技術(shù)體系

在礦山監(jiān)測的過程中，應(yīng)考慮多種遙感傳感器之間的協(xié)同與立體觀測，輔以無人機、地面固定平臺等技術(shù)獲取補充數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)集成分析技術(shù)促進(jìn)礦山遙感監(jiān)測的綜合應(yīng)用，構(gòu)建通用、高效的監(jiān)測技術(shù)體系。

結(jié)束語

綜上所述，遙感技術(shù)在礦山開發(fā)監(jiān)測中的應(yīng)用，可以提升勘察水平，有效緩解了資源枯竭的問題。相關(guān)礦政部門及企業(yè)應(yīng)加強多源數(shù)據(jù)礦山遙感監(jiān)測尺度問題研究，推進(jìn)3S 技術(shù)的集成化一體化進(jìn)程，促進(jìn)遙感技術(shù)在礦山可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃中的綜合應(yīng)用發(fā)展。