基于礦山水工環(huán)的遙感信息識別系統(tǒng)設計及應用

在礦山開采過程中，水工環(huán)地質災害較多。而引發(fā)礦山水工環(huán)災害的原因往往是礦山開發(fā)者只對礦山水工環(huán)進行了簡單勘探，尚未進行全面檢測就盲目進行開發(fā)，加之未采取保護性開采措施，導致礦山及周邊地質環(huán)境被破壞，進而引發(fā)了水工環(huán)災害。此外，在礦山開采過程中，工作人員因操作失誤，也會對地表造成一定的破壞，進而引發(fā)災害事故。經過近30年的應用研究，遙感技術憑借更先進的傳感器技術、圖像處理技術及計算機技術，在礦山水工環(huán)領域的應用取得了長足的發(fā)展

。技術人員可以利用遙感技術對礦山地表及地下的各種物品進行系統(tǒng)的分析，從而準確判斷礦山所在地的地質情況，此外，還能監(jiān)測水工環(huán)地質災害，從而為工程建設、資源開發(fā)和環(huán)境治理等提供可靠的依據(jù)，提高礦山水工環(huán)工作的效率。

1 遙感技術概述

遙感技術，簡稱為“RS”技術，是一種借助傳感器等先進的儀器設備，通過分析探測目標對光譜進行吸收、反射以及輻射性能的差異，從而實現(xiàn)感知并識別被勘探物的。在實際生活中，工作人員借助遙感技術可以更全面、準確地勘探地面環(huán)境和資源，從而更好地對資源利用和環(huán)境保護進行規(guī)劃。尤其是在礦山水工環(huán)地質勘查工作中運用遙感技術，具有很極大的優(yōu)勢

。具體體現(xiàn)在，遙感技術具有極高的分辨率，勘查的范圍較廣，勘查的精度及效率較高。尤其是隨著我國北斗衛(wèi)星成功組網運行，更是進一步拓寬了遙感技術的運用范圍，并極大提升了遙感結果的準確性。

2 近年來礦山水工環(huán)地質勘查發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來，化石資源枯竭以及環(huán)境惡化問題已經成為世界性的發(fā)展危機。因此，人們越來越意識到環(huán)境問題的重要性，對于環(huán)境保護的意識逐漸提高了起來，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對于資源開發(fā)利用又有了新的理解和定義，越來越重視地質勘查工作的開展，這也進一步促進了水工環(huán)地質勘查技術的發(fā)展

。在進行礦山開發(fā)工作之前，工作人員需要對礦山的水工環(huán)地質進行勘探，足夠了解礦山及周圍的地質情況和環(huán)境情況，摸清周邊的環(huán)境能承受的等級，從而保障在后續(xù)開發(fā)過程中可能面臨的各種各樣的因素，一味礦山的可持續(xù)性開發(fā)提供支撐。

經過分析，我們再次將高于中介中心度指標均值的節(jié)點作為關鍵中心節(jié)點，新增重慶紅巖、重慶夜景、名山、神女峰景區(qū)、神農溪、三峽人家、恩施大峽谷、武漢東湖為關鍵中心節(jié)點。印證上文對三峽游客流動空間網絡結構特征圖及整體中心度的分析：三峽旅游正逐步形成都市帶動三峽整體旅游的發(fā)展趨勢。從數(shù)據(jù)顯示來看，三峽旅游腹地景區(qū)發(fā)展較為成熟并取得較大成功的景區(qū)為恩施大峽谷(土司城)，三峽旅游逐步形成重慶都市圈、武漢都市圈、奉節(jié)—巫山-巴東-秭歸經典段、恩施武陵山片區(qū)四大空間發(fā)展格局。

我國經過多年來的發(fā)展，在水工環(huán)地質勘查工作方面已經取得了巨大的成就。但在取得巨大成就的同時，仍存在不少的發(fā)展問題，具體表現(xiàn)在兩個方面：第一，因為我國地域遼闊，區(qū)域地理條件存在著較大的差異性，這就要求在不同區(qū)域進行礦山水工環(huán)地質勘查工作時，必須根據(jù)本地區(qū)的額實際情況來進行，尤其是特殊區(qū)域。但就目前而言，我國部分地區(qū)在開展礦山水工環(huán)地質勘查工作時，并未從本地區(qū)的實際情況出發(fā)，而是盲目照搬其他區(qū)域的工作經驗，導致勘查的結果并不精準；第二，當前我國正在進一步加深體制改革，同時我國社會經濟已經步入到發(fā)展的新常態(tài)，經濟環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。但當前我國部分地區(qū)的地質工作人員尚未適應時代的發(fā)展，沒有及時轉變思想觀念，實現(xiàn)技術升級轉型。

3 遙感技術在礦山水工環(huán)領域應用的重要作用

近年來，隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)字攝影測量技術逐漸興起，并開始被廣泛運用，在很大程度上推動了制圖工作的現(xiàn)代化發(fā)展。而這一技術與遙感技術的有效結合，不僅能影響到遙感技術的調查方法，還能有效提升基礎圖像的成圖效率與質量。

最后是進行數(shù)據(jù)采集無線設備電機的設計。目前，市場上能夠實現(xiàn)PLC主程序與附屬程序之間溝通的無線設備較多，因此，可供選擇的類型較多。經過反復對比，本系統(tǒng)采用了TTY590無線設備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在模塊化設計中，基于TTY590無線設備，需要根據(jù)設備協(xié)議和機械指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，然后進行數(shù)據(jù)的保存。在此基礎上，可以按照相關規(guī)定的數(shù)值來設定PLC主程序的無線設備通訊地址，然后詳細記錄數(shù)據(jù)采集電機旋轉的角度。此外，還要設置好遙感激光器控制模塊的遙感頻率及功率。完成這些調制后，就能夠調制出適合礦山水工環(huán)數(shù)據(jù)采集的電機了。

為了確保水利工程能按時交工使用，在水利工程決策時期，業(yè)主及設計方應盡量做到如下幾點：充分掌握水利工程的建設規(guī)模、整體布局及成本預算等；大量收集相關水文、地質、環(huán)境等具體資料，同時實地勘測施工現(xiàn)場；通過分析搜集到的及現(xiàn)場勘測和調查等的相關資料，同時借鑒以往的施工經驗信息，科學分析工程項目的可行性；通過逆向思維展開分析，對可能引起水利工程進度延誤的相關因素進行預防控制等?？傊?，在水利工程項目決策階段，需要充分結合風險識別，實現(xiàn)對風險的預防、發(fā)現(xiàn)和及時轉移。

在實際運用中，數(shù)字攝影測量技術形成的圖像資料，可以直接作為GIS的數(shù)據(jù)源。這樣一來，就能促進GIS技術與遙感技術的深度融合，不僅促進了二者的更好發(fā)展，更促進了我國測繪事業(yè)的健康發(fā)展

。

在實際運用過程中，遙感技術主要是運用傳感器，借助計算機技術和圖像處理技術進行工作。而且，遙感技術越來越完善，也越來越先進，具有十分廣闊的應用前景。

3.1 提升了測繪結果的精密性與準確性

目前，將遙感技術應用在測繪行業(yè)當中，工作人員可以根據(jù)測繪工作實際的需求，有效將其與各種信息元進行有效的結合

。例如：遙感技術可以與地質信息、水文信息、土壤信息、氣象信息、物理力學特征等信息元進行結合，開始向著多元化信息整合的方向發(fā)展。這樣一來，遙感技術就會在礦山水工環(huán)地質勘測工作中發(fā)揮越來越重要的作用。

3.2 多元化的信息擬合

將遙感技術運用到礦山水工環(huán)領域，能極大地提升測繪結果的精密性與準確性。在傳統(tǒng)的礦山水工環(huán)測繪工作時，雖然也應用了多光譜技術，但相對而言，傳統(tǒng)測繪方式中應用的光段較少，且大都是對幾何形態(tài)進行利用，這就導致在測繪結構的精確度與準確度方面存在著一定的缺陷。而運用遙感技術進行礦山水工環(huán)勘探，可以借助圖像解譯技術，更好地解讀光譜信息，從而使接收到的波段得到大幅度的提升，因此，增加了測繪過程中光段的應用數(shù)量。這樣工作人員就可以更全面地對地面物體的色調、紋理以及幾何形態(tài)進行準確而有效的分析。然后，工作人員可以配合使用成像光譜儀技術，提升測繪結果的精密性與準確性，從而為后續(xù)工作的開展奠定良好的基礎。

3.3 提升基礎圖像的成圖效率與質量

目前，遙感技術逐漸與GIS技術和GPS技術進行了深度的結合，成為當前測繪技術不可或缺的組成內容，并被廣泛運用到水工環(huán)領域的勘探工作當中，發(fā)揮著越來越重要的作用。

在運用遙感技術對礦山進行水工環(huán)地質測繪工作時，不僅可以快速而準確地掌握地面的信息，同時還可以科學、有效地繪制被勘探區(qū)域的地面空間特征，進而檢測地面存在的環(huán)境污染問題

。具體來說，在礦山水工環(huán)領域運用遙感技術主要具有如下幾個方面的作用。

4 基于礦山水工環(huán)的遙感信息識別系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)硬件的設計

首先，為了保證系統(tǒng)中智能遙感識別器對數(shù)據(jù)采集的精準性，應科學設計系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。具體來說，就是科學設計智能遙感識別器的中的單片機。在具體操作中，對單片機植入了108M3396fie45V芯片，將其作為單片機數(shù)據(jù)采集服務器的終端，以便于更好地對礦山水工環(huán)圖像進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。此外，還應對其進行模塊化設計，劃分成傳感器模塊、108M3396fie45V芯片模塊、系統(tǒng)控制模塊以及圖像采集處理模塊。在實際運用中，可以通過108M3396fie45V單片機來供應10×200的6位CMOS圖像，其數(shù)據(jù)傳輸流程如圖1所示。其中，108M3396fie45V單片機的主要應用設備包括蓄電池、不間斷供電的電源、可以對顏色和噪聲聲波進行過濾的濾波器和濕度傳感器。此外，還包括在單片機內部鑲嵌的2K×18位的ROW，以及通過終端的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件配電單元電路傳輸設備。然后組裝在一起，這樣單片機就可以不用通過屏幕的切換，同時顯示出采集到的25個目標的圖像。同時，保存圖像的內部存儲空間也增大了很多，能保存更多的圖像和數(shù)據(jù)。此外，特別設置的蓄電池以及不間斷供電的電源，還能確保系統(tǒng)在工作的過程中，不會因為電池的續(xù)航出現(xiàn)問題而影響到數(shù)據(jù)采集工作的順利進行，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集工作被迫中斷的現(xiàn)象。

其次，是設計圖像處理板。在礦山水工環(huán)地質勘查工作中，數(shù)據(jù)采集的方式一般是以數(shù)據(jù)參數(shù)作為劃分的標準，而且，圖像處理模塊在采集圖像視覺效果的同時，還必須兼顧地質圖像的分析工作。因此，圖像處理模塊應分為輸入模塊、智能處理模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、圖像還原地質模塊以及調試接口

。在這一環(huán)節(jié)，主要采用了S/D芯片。因為這種S/D芯片具有良好的抗抖動能力，十分符合遙感識別的技術要求，能夠直接完成高清圖像的采集工作，從而將礦山水工環(huán)的地表情況完整、清晰地展現(xiàn)在我們的面前。而在數(shù)據(jù)處理方面，采用了DSP處理器。這種DSP處理器能夠對數(shù)據(jù)進行有效的壓縮，這樣經過壓縮的數(shù)據(jù)就能更方便、快捷地進行傳輸。而在數(shù)據(jù)和圖片的存儲方面，則采用了網絡控制芯片來實現(xiàn)。

WANG Yulian, YIN Wanzhong, LI Ang, et al. Preparation and crystallization kinetics of nesquehonite whiskers with thermal decomposition method[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018(6):107-113.

4.2 軟件系統(tǒng)設計

基于礦山水工環(huán)的遙感信息識別系統(tǒng)，在系統(tǒng)軟件方面的設計主要是通過AT指令來進行的。通過AT指令軟件的設計，能夠實現(xiàn)本系統(tǒng)不同單元之間的通信連接。一般來說，AT指令主要是從系統(tǒng)服務器終端向無人機以及多光譜傳感器設備發(fā)送相應的控制指令。在實際運用中，當發(fā)送指令時，除了“AT”兩個字符以外，最多只能發(fā)送1200字符長度的指令，而且，每條指令只能執(zhí)行一個控制。不能在一條指令中存在多條不同的指示或者相應，以免出現(xiàn)錯誤。具體的AT指令和功能詳見表1。此外，為了保證系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)接受的效率，在軟件設計時，還應設計自動接收數(shù)據(jù)的指令，這樣一來，系統(tǒng)模塊就不需要通過AT指令來進行數(shù)據(jù)的接受，而是自動在串口輸出采集到的地質數(shù)據(jù)。然后通過108M3396fie45V芯片單片機自動將數(shù)據(jù)利用網絡傳輸?shù)降V山水工環(huán)數(shù)據(jù)監(jiān)測部門，并自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份。

前天晚上他打麻將被別人合伙整慘了，輸了一百多塊錢，那可差不多是他一個月的低保費呀。鉆心的疼痛折磨得一夜未合眼。一大早牛黃丸就爬起來，啃完剩下的半個面包，拿上釣魚工具騎單車來池塘。

此外，在進行軟件設計時，還應設置設備報警信號，這樣當發(fā)現(xiàn)礦山水工環(huán)地質數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況時，可以通過108M3396fie45V單片機，將異常的數(shù)據(jù)通過網絡傳輸?shù)奖镜氐V業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測部門，同時還能夠自動向本地數(shù)據(jù)監(jiān)測部門發(fā)射報警信號，并將備份數(shù)據(jù)上傳到總監(jiān)測部門。最后，為了保證數(shù)據(jù)采集過程中的安全性，在設計過程中，還應針對采集的數(shù)據(jù)進行三列算法加密處理，將采集到的所有數(shù)據(jù)都轉換成為三列加密的數(shù)據(jù)，然后進行加密傳輸。而完成數(shù)據(jù)傳輸后，接收人員可以借助預先設定的獨特的三列數(shù)據(jù)算法，將接收到的數(shù)據(jù)提取出來，從而得到對應的三列值，完成最終的數(shù)據(jù)采集。通過這樣的設計，能在最大限度上保證數(shù)據(jù)的安全性。

5 測試實驗

為了驗證本系統(tǒng)設計的效果，對其進行了測試實驗。首先進行的是數(shù)據(jù)采集可靠性的測試。在具體的測試實驗操作中，先對植入了108M3396fie45V芯片的單片機產生的同頻率邊緣測試脈沖信號作為信號發(fā)射與終端解頻信號，發(fā)送頻率設置為15Hz，邊緣測試的兩路回彈信號間隔設置為4550。然后將無線續(xù)航的蓄電池連接到單片機上。在此基礎上，對單片機的參數(shù)進行修改，使接收信號的途徑擴展到原先的3倍，并采取針對性措施，確保所有的接受路徑都能暢通無阻。而經過測試，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳播速度提升為原本速度的4倍。而在圖像處理方面，先將圖像處理器與ROM連接在一起，然后進行測驗。測驗結果顯示，大量的數(shù)據(jù)可以傳輸在統(tǒng)一的屏幕上，而且該屏幕可以同時顯示出25個數(shù)據(jù)的圖像。經過測試實驗，植入了108M3396fie45V芯片的單片機保存的數(shù)據(jù)為原本系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存的2倍，且保存的數(shù)據(jù)具有連續(xù)性。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不僅連續(xù)，而且還極為精準，特別是操作人員因操作失誤而誤發(fā)的數(shù)據(jù)也可以被識別出來，極大增強了數(shù)據(jù)的可靠性。此外，為了保證實驗的準確性，避免只進行一次實驗，可能因各種因素的影響導致實驗結果存在著較大的偶然性。因此，對上述的實驗步驟進行了10次的反復操作，每次實驗的結果略有一點差異，但差異并不明顯。由此可以證明，本系統(tǒng)具有良好的應用效果，具有良好的應用前景。

當骨折導致的治療成本在29 336～37 007元間變動時，當其他參數(shù)不變時，ICER的變動范圍在38 075.00～45 746.00。當骨折導致的治療成本選取了最小值29 336時，芪骨膠囊方案和仙靈骨葆膠囊治療方案所需的總成本分別為1 984.94元和1 344.96元，有效率為99.72%和98.32%，ICER為45 746.00。當骨折導致的治療成本選取了最大值37 007時，芪骨膠囊方案和仙靈骨葆膠囊治療方案所需的總成本分別為2 006.55元和1 473.88元，有效率為99.72%和98.32%，ICER為38 075.00。

6 結語

本文設計的基于礦山水工環(huán)的遙感信息識別系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)的軟硬件進行分別設計處理，有效優(yōu)化了礦山水工環(huán)數(shù)據(jù)的采集，并增強了采集數(shù)據(jù)的可靠性。但相對而言，本系統(tǒng)設計也有一定的不足，希望在今后的研究中，能夠不斷提升系統(tǒng)的性能，并提升其經濟性。

[1]呂相偉,劉垚.基于智能遙感識別的礦山水工環(huán)災害數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].世界有色金屬,2021,No.571,(07):42-43.

[2]馬世斌,皮英楠,楊文芳,等.礦山開發(fā)的水土環(huán)境效應遙感監(jiān)測研究進展[J].智能城市,2020,v.6;No.89,(16):50-51.

[3]董玉玉.基于遙感信息識別的礦山水工環(huán)地質災害數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].中國金屬通報,2020,No.1018,(04):82-83.

[4]高暉,白朝軍,劉見寶,等.基于多期遙感信息數(shù)據(jù)的登封鋁土礦山地質環(huán)境評價[J].現(xiàn)代礦業(yè),2019,v.35;No.606,(10):55-57.

[5]張月娟,王鳳舞.基于小波閾值法礦山遙感信息成像系統(tǒng)設計[J].世界有色金屬,2019,No.526,(10):38+40.

[6]劉發(fā)兵.水工環(huán)中遙感信息的應用分析[J].西部資源,2019,No.93,(06):156-157.

[7]杜春彬.水工環(huán)中遙感信息的應用研究[J].建材與裝飾,2017,No.478,(21):278-279.

[8]李學淵.基于RS與GIS的礦山監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].導師:田淑芳,中國地質大學（北京）,2011:1-107.