遙感監(jiān)測在礦產(chǎn)資源開采中的應用研究

陳建明，關維娜，孫衛(wèi)東

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

我國的礦產(chǎn)資源總量較大，但是由于過度開發(fā)，導致礦產(chǎn)資源快速消耗，短時間內(nèi)難以逆轉(zhuǎn)。礦產(chǎn)資源是我國重要的社會經(jīng)濟資源，具有不可再生、不均勻分布的特性，需要借助先進的技術開采礦產(chǎn)資源[1]。遙感監(jiān)測與傳統(tǒng)的礦山監(jiān)測方法不同，技術方面更加先進，不需要人工跋山涉水去檢測，主要是通過遙感器監(jiān)測礦山變化數(shù)據(jù)。將獲取到的數(shù)據(jù)與信息進行處理，從中監(jiān)測到礦山環(huán)境變化的信息，及時發(fā)現(xiàn)可以開采的礦產(chǎn)資源，并結(jié)合礦山環(huán)境變化進行實地考察[2]。遙感技術監(jiān)測，減少了工作人員的野外工作量，降低了危險性，并且節(jié)省礦山開發(fā)活動監(jiān)測的成本。遙感是不需要接觸的，遠距離操作的探測技術，通過遙感器探測被測物體的電磁波變化數(shù)據(jù)[3]。根據(jù)地理信息與國家地質(zhì)變化特征，實時監(jiān)測各地區(qū)的礦產(chǎn)資源情況，有效地控制礦產(chǎn)資源的過度開采。現(xiàn)階段，我國礦山測量中，由于客觀條件的限制，衛(wèi)星技術不能及時地獲取目標礦山的影響及數(shù)據(jù)；常規(guī)的航空技術在監(jiān)測數(shù)據(jù)時，由于飛行高度較高，要申請飛行許可，對礦山數(shù)據(jù)的時效性產(chǎn)生了一定的影響；無人機遙感器飛行高度不受限制，操作便捷，能夠保證礦山數(shù)據(jù)采集的及時性，對礦產(chǎn)資源開發(fā)工作的效率有很大提高。無人機遙感技術能夠避免自然因素的影響，自動化處理問題，減少了人為操作不當導致的干擾誤差，且監(jiān)測成本較低，在礦產(chǎn)資源開采中具有重要的作用。

1 基于遙感監(jiān)測的礦產(chǎn)資源開采方法

1.1 構(gòu)建礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測模型

本文研究設計的礦山資源開采環(huán)境變化監(jiān)測模型根據(jù)監(jiān)測實際需求，分別以三條主線：多期遙感影像主線、多期監(jiān)測成果主線、遙感影像與監(jiān)測成果之間的動態(tài)監(jiān)測主線，完成各個工作區(qū)數(shù)據(jù)間的變化檢測。收集工作區(qū)與礦山資源相關的影響數(shù)據(jù)、基礎的地理數(shù)據(jù)、各個礦點的分布及相應的礦權數(shù)據(jù)等，包括不同時期的遙感影像產(chǎn)品、地質(zhì)資料、居民地分布情況等資料。對礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測是整個工作流程的核心內(nèi)容，實現(xiàn)了多期影像、監(jiān)測成果及遙感影像和監(jiān)測成果之間的動態(tài)監(jiān)測的礦山環(huán)境變化檢測路線。遙感的動態(tài)監(jiān)測是利用不同時期的遙感影像進行的環(huán)境變化檢測，是構(gòu)建模型的基礎，利用遙感數(shù)據(jù)覆蓋的監(jiān)測地區(qū)及具有前期影像的長期監(jiān)測區(qū)域，在不同時間發(fā)生的影像變化分析，將分析結(jié)果分類、篩選出兩地之間影像的變化信息，根據(jù)解譯圖斑的類型和變化類型進行監(jiān)測。為了礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測結(jié)果更加準確，本文利用兩個時間影像數(shù)據(jù)實現(xiàn)圖像對圖像的變化監(jiān)測，通過解譯提取兩期影像中相同標準的礦山矢量，應用影像數(shù)據(jù)對以往結(jié)果進行空間分析，實現(xiàn)礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測。

1.2 礦產(chǎn)資源開采數(shù)據(jù)預處理

基于上述構(gòu)建的礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測模型，獲取到礦山的影響數(shù)據(jù)。礦山資源開采中研究的數(shù)據(jù)預處理包括兩個階段：遙感影像數(shù)據(jù)準備工作和影像空間成像的環(huán)境匹配處理。根據(jù)不同類型的遙感影像處理模型進行正射、銳化等處理，以及通過變化檢測目標物的礦產(chǎn)資源屬性修正。

礦產(chǎn)資源影像數(shù)據(jù)預處理中，受到折光、地形起伏等影響，導致影像中的像點發(fā)生幾何變形的情況。為了減小數(shù)據(jù)處理的誤差，將傳感器獲取的圖像進行空間拉伸處理，使其符合像點的標準。采用柵格數(shù)據(jù)集關聯(lián)的多項式系數(shù)與共線方程結(jié)合，使其校正結(jié)果的數(shù)據(jù)完整性升高，滿足數(shù)據(jù)控制點后進行正射校正。數(shù)據(jù)收集獲取的資料包括文字、圖片、影像等多種形式，預處理階段對其進行整理分類，轉(zhuǎn)換為圖形通過相關軟件將其數(shù)字化處理。

礦山遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理通常采用多光譜遙感影像銳化處理，能夠充分發(fā)揮遙感高空間分辨率特點。通過數(shù)據(jù)融合，增加數(shù)據(jù)信息量。將獲取到的地物影像進行劃分，分為水體、礦山地物、植物群體和建筑類群四種，對原始影像及四類不同地物的光譜曲線進行統(tǒng)計，最終確定效果最佳的方法。

1.3 建立遙感監(jiān)測解譯標志

礦產(chǎn)資源開采數(shù)據(jù)預處理是礦產(chǎn)開采的基礎，當影像與數(shù)據(jù)預處理完畢后，根據(jù)本文研究區(qū)域內(nèi)分布的礦山環(huán)境變化問題及礦山地物四個類型，逐個對應建立相應的影像解譯標志。

參考1:20萬地質(zhì)圖基于ASTER衛(wèi)星影像圖，進行遙感翻譯。異常區(qū)域環(huán)形構(gòu)造包括一般斷裂和環(huán)形構(gòu)造。地質(zhì)體解譯精度包括閉合地質(zhì)體和塊狀地質(zhì)體兩種，主要區(qū)別在于長度和寬度不同。通常對于規(guī)模較小，在地質(zhì)圖上難以反映，但是對于開采礦產(chǎn)資源十分重要的構(gòu)造，采用人機交互解譯技術，完成對其構(gòu)造的解譯。由地質(zhì)構(gòu)造簡單、裸露于地表的地物進行解譯，逐步推進到難度較大的地區(qū)，對于不確定的地質(zhì)信息，需要開展野外調(diào)查補充分析工作。參照建立好的礦山遙感監(jiān)測影像解譯標志對研究影像進行遙感解譯，根據(jù)地物的特征類型，確定地物類型的目標物，判斷解譯過程中相應標志的屬性信息；對于特征不明顯的地物，不能清楚地確定其地物類型的圖斑，應做好相應的解譯標記，進一步查證確定并實地驗證其類型。遙感監(jiān)測解譯標志是一項綜合性較強的工作，解譯過程應充分利用資料，收集階段獲取的研究區(qū)礦產(chǎn)資源以及礦點的分布情況以及前期相關工作成果，必要時可以借助三維地形顯示進行目標物的判別。解譯工作主要針對露天采場、中轉(zhuǎn)場地等面狀地物進行，遙感監(jiān)測解譯標志應做到“全區(qū)覆蓋，重點排查礦區(qū)附近”的解譯程度。

1.4 遙感分層分類開采礦產(chǎn)資源

遙感分層分類方法是一種基于遙感監(jiān)測的開采礦產(chǎn)資源的方法。主要是對礦區(qū)地物的總體結(jié)構(gòu)逐級分類，在不同層次間加入相關的決策函數(shù)，組成遙感邏輯樹。依據(jù)傳統(tǒng)的地質(zhì)學方法，將信息傳輸和信息體系結(jié)合建立成信息樹。由于信息是從遙感圖像數(shù)據(jù)上得到反映，因此在遙感分層分類法中，需要時刻補充礦區(qū)變化監(jiān)測的數(shù)據(jù)資料，逐步滿足分類的需求，得到最佳的分類結(jié)果。針對礦山目標遙感數(shù)據(jù)的邊界信息模糊性，首先確定目標的空間定位和邊界信息提取點，根據(jù)圖像檢測方法，使其礦山目標清晰化。礦產(chǎn)資源豐富區(qū)域的地形切割強烈，開采目標及礦種類型需要利用地質(zhì)地貌的標識確定。在多金屬地區(qū)通常會出現(xiàn)登記礦種與開采礦種不一致的開采情況，我們在信息提取中要結(jié)合遙感影像變化信息與地質(zhì)資料、礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)，進行空間關聯(lián)和疊加分析處理，即可確定礦山目標的覆蓋成分與開采礦種是否一致。

基于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境不同及其光譜特征的差異，以主成分異常門限分割法為主，利用TM數(shù)據(jù)完善礦山資源開采環(huán)境信息分層提取流程。完善后的礦山地質(zhì)環(huán)境信息提取體系。將礦業(yè)活動區(qū)進行劃分，基于主成分異常門限分割法，劃分為含鐵氧化物分布區(qū)，再通過遙感邏輯樹進行分類，劃分礦區(qū)資源開采強度分布。此方法能夠分離礦區(qū)內(nèi)的各種成分，例如固體廢棄物、尾礦庫等，開采礦產(chǎn)資源的同時能夠治理與恢復礦山的地質(zhì)環(huán)境。

2 實驗分析

2.1 實驗準備

為了驗證本文提出的基于遙感監(jiān)測的礦產(chǎn)資源開采方法的有效性，將本文提出的方法與傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開采方法進行對比。本實驗以某礦區(qū)作為實驗區(qū)域，以Landsat影像數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，通過Pleiades高分辨率影像作為檢驗數(shù)據(jù)，對礦區(qū)資源開采進行方法檢驗。通過遙感影像對照，獲取到分布在礦區(qū)的地表及周邊區(qū)域的物質(zhì)信息。基于遙感分層分類方法對礦區(qū)地物的總體結(jié)構(gòu)逐級分類，根據(jù)圖像檢測方法，使其礦山目標清晰化，結(jié)合DN值的大小，區(qū)分地物的類型，獲取礦區(qū)地質(zhì)特征向量。

2.2 結(jié)果分析

將本文提出的礦產(chǎn)資源開采方法與傳統(tǒng)開采方法獲取的DN數(shù)據(jù)信息變化繪制成圖1所示。

圖1 兩種開采方法反射率變化對比

根據(jù)圖1可知，本文提出的基于遙感監(jiān)測的礦產(chǎn)資源開采方法的光譜反射率在波長為1.0時，反射率較傳統(tǒng)方法的存在一定差異，傳統(tǒng)方法的反射率較低。因此，本文提出的基于遙感監(jiān)測的礦產(chǎn)資源開采方法對于開采礦產(chǎn)存在優(yōu)勢。

3 結(jié)語

本文提出的基于遙感監(jiān)測的礦產(chǎn)資源開采方法，在礦產(chǎn)資源開采中具有一定優(yōu)勢，減少了工作人員去野外獲取信息的危險性，操作更加便捷，能夠?qū)崟r監(jiān)測到礦山環(huán)境的變化信息，掌握各個礦山的開采情況。較傳統(tǒng)的方法相比，本文提出的方法在光譜反射率具有更好的優(yōu)勢，更加有利于礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)。