礦山地質(zhì)環(huán)境智能遙感監(jiān)測技術(shù)應用研究

鄒佳作，韓思鵬，郭旺川

1 川滇黔地區(qū)MVT鉛鋅礦床研究現(xiàn)狀

川滇黔鐵礦石墨礦集區(qū)是我國鉛鋅礦床的主要產(chǎn)地。該區(qū)鉛鋅礦床多，儲量大，鐵礦資源豐富，一直受到科研工作者的高度關(guān)注。在20世紀中葉之前，該地區(qū)的鉛鋅礦床被認為是熔融熱液形成的原因（謝家榮，1941）。20世紀80年代～90年代，科學研究人員認為該地區(qū)的鉛鋅礦床是堆積型（張維吉，1984）或沉積更新改造型鉛鋅礦床（廖文，1984；陳世杰，1986；趙準，1995；陳進，1993；劉鶴昌，1995）。近十年來對操作系統(tǒng)的科學研究工作促使絕大多數(shù)專家學者堅信，該地區(qū)大多數(shù)鉛鋅礦床不是同生堆積的原因，而是后生鉛鋅礦床，可以與MVT鉛鋅礦床相比較（2001，王金珍等，2002；芮宗堯，2004；張長清，2008）。四川、云南和貴州的鉛鋅礦床可歸為MVT鉛鋅礦床的認識逐漸一致，但一些研究表明，該地區(qū)的MVT鉛鋅礦床在許多方面存在一定差異，如礦床地質(zhì)環(huán)境特征，成礦礦物的成因和成礦流體的特征（張長清，2008）。目前，對個別礦床的詳細解剖僅限于會澤超大型鉛鋅礦床等少數(shù)礦床，特別是缺乏對不同礦床成礦系統(tǒng)的討論和比較。這導致對該地區(qū)MVT鉛鋅礦床大規(guī)模成礦環(huán)境下不同成礦系統(tǒng)產(chǎn)生的礦床的“相關(guān)性”和“個性化”缺乏了解。

四川、云南和貴州的MVT鉛鋅礦床具有儲量大、品位高的特點。例如，惠澤特大型鉛鋅礦床的儲量為5MT（鉛鋅），品位為25%～30%。此外，還有許多大、中、小型鉛鋅礦床，產(chǎn)出率為0.6MT～2.0MT，品位為8%～10%。該地區(qū)鉛鋅礦床（點）的總體分布形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造格架非常一致，可以控制在上述地震帶內(nèi)。重點礦床沿錫方向集中在深圳大學斷裂兩側(cè)，在錫方向附近形成大中型鐵礦成礦帶。礦床產(chǎn)出速率受深圳大學錫斷裂側(cè)附近的NE向或西北向二次線圈斷裂控制，尤其是規(guī)模較大的鉛鋅礦床，通常在不同斷裂方向和水平的交匯處生長發(fā)育。MVT鉛鋅礦床廣泛分布于震旦系-二疊系海相火成巖（關(guān)鍵是白云巖）和三疊系碎屑巖中，但其中震旦系燈影組白云巖和石炭系畢左組白云巖是最重要的含礦地質(zhì)構(gòu)造。

2 遙感技術(shù)

在現(xiàn)代化測繪技術(shù)的發(fā)展中，測繪遙感技術(shù)的優(yōu)勢尤為突出。遙感技術(shù)是基于電磁波理論，通常利用傳感器搭載在衛(wèi)星或飛行器上，對遠距離目標輻射，通過接收和處理反射的電磁波信息，形成影像的勘測技術(shù)。利用不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)對光譜的不同反饋，探測礦場的地理結(jié)構(gòu)、礦產(chǎn)情況、地下水資源分布和植物生長情況。通過對礦區(qū)使用測繪遙感技術(shù)進行勘測，能夠記錄人對環(huán)境的影響和礦產(chǎn)的開采情況。測繪遙感技術(shù)在地質(zhì)勘測的應用中占據(jù)了主要地位，在地質(zhì)礦產(chǎn)的勘測和開發(fā)中應用廣泛。在不接觸勘測地的情況下，借助深測儀器反饋數(shù)據(jù)信息，能夠勘測礦山地質(zhì)地貌情況。測繪遙感技術(shù)可以對地面景物深測和識別，提供高分辨率的遙感影像。利用航測攝影進行大面積調(diào)查，影像分辨率可達0.1m，獲取區(qū)域準確的高清數(shù)字正射影像，通過設(shè)計的智能軟件快速完成測繪遙感技術(shù)采集、處理和儲存的數(shù)據(jù)，始終保持傳輸和計算的狀態(tài)，能夠?qū)崟r獲取精準數(shù)據(jù)信息。遙感技術(shù)測繪面積覆蓋范圍廣、信息采集量大，特別是微波遙感和紅外遙感，能夠識別遠距離物體，且具有晝夜工作能力，對天氣、溫度等環(huán)境因素要求較小，能夠保證測繪數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性。測繪遙感技術(shù)的快速和高效發(fā)展，使礦區(qū)測繪工作提高了效率和質(zhì)量。

3 無人機遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應用優(yōu)勢

無人機遙感技術(shù)是在不接觸被測物體的情況下，以數(shù)據(jù)或圖案的形式表示物體周圍的傳感器信息內(nèi)容，從而完成對物體的全面、準確的測量和檢測。采集的遙感技術(shù)監(jiān)測空間信息是區(qū)分未來礦山基本建設(shè)標準和遏制要素的重要環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的無人機監(jiān)控方式相比，無人機監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是對礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)采集方式的改進。根據(jù)無人機遙感技術(shù)的應用，我們可以改進數(shù)字圖像處理和采集方式，將所有照片智能化，并在對特殊數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后靈活使用。同時，無人機遙感技術(shù)具有明顯的主觀特征?？筛鶕?jù)已建立的路線進行獨立導航和獨立精確測量，對路線具有較高的精度；二是測量精度高。在無人機遙感技術(shù)的具體應用中，信息內(nèi)容存儲量大，具體精確測量結(jié)論精度高，確實提高了準確測量信息內(nèi)容的具體利用率。在無人機遙感技術(shù)精確測量的全過程中，無需大量員工參與，具體經(jīng)濟效益高。無人機的飛行速度一般在50m～4000m之間，相對高度精度在10m以內(nèi)。無人機的飛行速度可以保證70km/h～160km/h的礦井環(huán)境監(jiān)測圖像具有較高的屏幕分辨率；第三，它是信息的核心。由于礦山基本建設(shè)過程中場地標準的長期變化，必須利用無人機遙感技術(shù)動態(tài)觀測場地自然環(huán)境，準確預測和分析場地可能產(chǎn)生的自然災害風險。同時，無人機遙感技術(shù)必須在無人機遙感技術(shù)系統(tǒng)軟件中檢測礦山地質(zhì)環(huán)境。系統(tǒng)軟件自動化技術(shù)水平高，系統(tǒng)智能化，操作流程簡單，有效提高了地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測水平；第四，檢測覆蓋面廣。在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的全過程中，無人機遙感技術(shù)不容易得到室內(nèi)空間的極大限制或復雜的地貌標準。與其他探測方法相比，無人機遙感技術(shù)更加獨立，具體探測范圍更廣，可以幫助相關(guān)管理人員在第一時間獲得地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。由于無人機遙感技術(shù)可以在任何情況下立即返回視頻流，在短視頻終端設(shè)備中生成清晰的圖像，及時應對礦山地質(zhì)環(huán)境中的安全風險，為從源頭上提高煤礦具體開采的質(zhì)量和效率奠定了堅實的新技術(shù)基礎(chǔ)。

4 智能遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應用

4.1 采集礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)收集是一切科學研究的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量和收集數(shù)據(jù)的一致性直接影響下一步的成功完成。本文分析中的數(shù)據(jù)采集是指理論上的數(shù)據(jù)采集，包括圖像數(shù)據(jù)、地貌數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)物理和地理數(shù)據(jù)等。務必從數(shù)據(jù)企業(yè)購買用于轉(zhuǎn)換監(jiān)測實際操作的遙感圖像數(shù)據(jù)及其完善的文檔、主要參數(shù)和圖像商品，如全打印色帶和多光譜帶。

路面數(shù)據(jù)用于實地調(diào)查中的路線規(guī)劃，還可以確定與路面相關(guān)的特殊礦山的總體目標，并區(qū)分路面加寬引起的變化。水質(zhì)數(shù)據(jù)無處不在，這意味著天然或合成水質(zhì)的一部分，如河流和湖泊。河段分布廣泛，掌握水質(zhì)狀況有助于識別水質(zhì)周期性波動引起的變化信息。

采礦數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是指與采礦、開發(fā)和設(shè)計主題活動有關(guān)的數(shù)據(jù)，如科研區(qū)域兩個階段的探礦權(quán)、采礦地點和土地資源占用。探礦權(quán)數(shù)據(jù)在監(jiān)測總體開采目標的變化、區(qū)分是否違反規(guī)定方面發(fā)揮著特別關(guān)鍵的作用，包括礦山使用權(quán)、探礦權(quán)、工區(qū)探礦權(quán)以及其他礦山在不同階段的分散部分。雷區(qū)和礦源的分布隨時都會發(fā)生變化，遙感圖像中的炸彈總數(shù)和炸彈邊界范圍隨時都會發(fā)生變化。因此，改造監(jiān)測工作的探礦權(quán)數(shù)據(jù)應與當前工作的兩個階段保持一致。因此，本文描述了工區(qū)內(nèi)的重點監(jiān)測情況，從探礦權(quán)數(shù)據(jù)中提取了范圍內(nèi)礦業(yè)公司的重點主題活動方式，進而確定了采礦過程中可能出現(xiàn)的環(huán)境污染問題。

對于礦山監(jiān)測的一些基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，監(jiān)測結(jié)論數(shù)據(jù)可以為產(chǎn)品研發(fā)提供極大的便利。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)圖表、采礦主題活動和礦權(quán)分配，都是非常有價值的數(shù)據(jù)原材料。文件資料可根據(jù)工區(qū)范圍、地質(zhì)環(huán)境、相應區(qū)域和自然環(huán)境、礦山范圍和主要問題進行分類。例如，如果礦區(qū)的采礦活動遍布整個區(qū)域，則必須將紙質(zhì)效果圖轉(zhuǎn)換為光柵尺。還必須嚴格記錄和修改，以備日后使用。在線地圖經(jīng)過一些調(diào)整后可用于監(jiān)測和分析。

4.2 制作DOM

依托遙感圖像處理手機軟件，選擇監(jiān)控分類方法，對礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測標準值的內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換信息進行基本識別。其中，礦山自然環(huán)境信息主要包括開采點的位置、開采條件、開采非金屬礦產(chǎn)、固體廢棄物的擴散和植物群落的破壞程度；礦山開發(fā)設(shè)計引起的自然災害信息主要包括地面塌陷范圍、地基沉降地質(zhì)、公路邊坡塌陷、塌陷部位和滑坡部位。

4.3 礦山地質(zhì)環(huán)境問題專題講座信息獲取

首先，根據(jù)創(chuàng)建的遙感技術(shù)的解釋和標記，整合收集到的獨特數(shù)據(jù)，獲得礦山地質(zhì)環(huán)境問題的獨特信息。收集的最小地形圖點為100m2。鍵入特征并識別必須在字段名稱中驗證的異常地形圖點。信息獲取標準為：化工廠、攪拌廠、磚窯廠等生產(chǎn)加工企業(yè)無取土孔，無砂、石、煤等有利可圖的固體沉積物。工程項目（鐵路、高速公路等）造成的臨時取土坑或固體沉積物不屬于礦山管理辦法的范圍。如果可以確定，則無需挖掘；風電基建離心風機區(qū)只破壞廠區(qū)，不破壞公路邊坡，不需要獲得；產(chǎn)油區(qū)不需要采礦；最初的礦井已關(guān)閉多年?，F(xiàn)在，新升級的加工廠已改為加工廠和養(yǎng)殖場。土地類型不同，它仍然是一個有采礦點的礦山。獲得的地形圖為工業(yè)生產(chǎn)城市廣場；如果工業(yè)生產(chǎn)城市廣場包括固體廢物和其他礦物原料的堆積，則應單獨劃分；在整個開采沉陷區(qū)表達過程中，圖像只能進行擴展或保持一致，不能進行刪除或縮??；當有多種旅游景點時，生產(chǎn)和制造業(yè)占主導地位；應在道路兩側(cè)標記穿過再生道路的地形圖點。

4.4 數(shù)據(jù)準備和處理

礦山環(huán)境損害監(jiān)測科研的數(shù)據(jù)準備和處理主要包括兩個過程：單場景遙感技術(shù)的圖像預處理和多場景遙感圖像的重配對。由于攝像機中心線的傾斜會對遙感圖像造成損害，因此必須進行正交化和標定。正交校正是根據(jù)位置、高程和傳感器信息，減少地形引起的幾何偏差，并繪制圖像，整合到地形圖的室內(nèi)空間精度中，從而建立詳細的柵格地圖數(shù)據(jù)集。

定標方法很多，高精度定標結(jié)論的關(guān)鍵是確定具有高數(shù)據(jù)一致性的復雜衛(wèi)星參數(shù)實體模型。地貌模型的精度受到基準點經(jīng)驗的限制。

多光譜遙感圖像通常用于礦山遙感技術(shù)監(jiān)測，便于遙感技術(shù)解釋和特征識別。全色動態(tài)模糊結(jié)合了高像素全色光柵尺數(shù)據(jù)集和圖像質(zhì)量的多波長光柵尺數(shù)據(jù)集。

為了更好地建立具有全色網(wǎng)格屏幕分辨率的真彩色圖像，必須采用數(shù)據(jù)組合來改善數(shù)據(jù)的信息存儲。利用泛動態(tài)模糊對多光譜圖像進行組合，可以提高圖像的空間分辨率，從而提高圖像變換監(jiān)測和路面目標識別的精度。根據(jù)遙感技術(shù)，分析了總體目標的典型類型，并將圖像特征分為水流分布特征、礦山特征、植物群落和房屋建筑。

在最初的多光譜圖像中，光譜曲線與圖像的結(jié)合有不同的產(chǎn)生方法，因此有必要進行總結(jié)和比較，以明確最佳的產(chǎn)生方法。

4.5 現(xiàn)場調(diào)查與驗證

礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測主要包括郊區(qū)調(diào)查和郊區(qū)認證。根據(jù)對監(jiān)測區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征的認真分析，選擇點、線、面相結(jié)合進行現(xiàn)場研究，是保證采礦業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、快速發(fā)展的必要途徑。

在現(xiàn)場調(diào)查期間，應建立重點監(jiān)測區(qū)域，并逐一認證，以明確重污染區(qū)域的合理化。在調(diào)查過程中，要對該礦進行實地調(diào)研，收集相應的礦產(chǎn)資源資料，全面掌握監(jiān)測區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源的種類、位置和經(jīng)營規(guī)模。在現(xiàn)場認證過程中，必須首先獲得房間內(nèi)的信息。對室內(nèi)創(chuàng)建的獨特信息進行認證，確保信息具有一定的準確性和象征性。填寫并更改相關(guān)信息。針對礦山自然災害的影響因素，如地形傾向、地質(zhì)構(gòu)造生長發(fā)育水平、植物群落生長發(fā)育水平等，在遙感影像圖上選擇具有潛在危險的地質(zhì)環(huán)境區(qū)，為制定礦山應急預案提供重要的理論依據(jù)。同時，在監(jiān)測無人機遙感技術(shù)的技術(shù)性的過程中，可以利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術(shù)性和RTK技術(shù)對獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行仔細的驗證。選擇抽樣檢查方法對自然環(huán)境監(jiān)測圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量進行評價，合理提高無人機遙感技術(shù)的監(jiān)測水平。

4.6 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測專題講座中因素的獲取

植被覆蓋率因地區(qū)和季節(jié)而異。如果工作場所的兩幅遙感圖像之間的植被覆蓋率存在較大差異，就會因影響信息而受到損害。陰影是自然界常見的現(xiàn)象。陽光照射在道路物體表面，陰影由光源與道路障礙物的傾角產(chǎn)生。由于太陽光在不同時間段的仰角不同，遙感圖像有不同的陰影方式。為了更好地提高遙感技術(shù)監(jiān)測的精度，如果遙感技術(shù)檢測圖像中存在陰影，必須對其進行妥善處理。

在調(diào)查期間，如果調(diào)查區(qū)域內(nèi)的地形復雜，且存在許多相對高度對稱的地貌，則應注意陰影問題。為了更好地建立更復雜的數(shù)學分析模型，應用相應的優(yōu)化算法，必須對陰影進行預處理，弱化陰影的邊界，獲得陰影的邊緣。在具體的礦山遙感技術(shù)監(jiān)測工作中，發(fā)現(xiàn)礦山遙感技術(shù)的地貌也會受到季節(jié)的破壞。根本原因是不同季節(jié)的降雨量不同，礦區(qū)海域也必然不同。這種變化將對水質(zhì)的傳播造成不利影響。因此，在遙感技術(shù)監(jiān)測中，此時必須使用預設(shè)控制器獲取地表細節(jié)。

5 無人機遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作中的應用效果評估

在礦山的具體開發(fā)利用中，噪聲和粉塵也在不同程度上改變了周邊的生態(tài)環(huán)境保護。僅依靠原有的自然環(huán)境監(jiān)測技術(shù)無法充分得到礦山周邊環(huán)境的危害。因此，在分析不同監(jiān)測技術(shù)的必要性和經(jīng)濟發(fā)展的應用范圍后，選擇無人機地理信息系統(tǒng)對礦山地質(zhì)環(huán)境進行全方位的高清晰度航空攝影。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，平谷縣掌握了礦山的實際情況。礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程已完成60天，其中圖像數(shù)據(jù)采集7.5天。數(shù)據(jù)解析哦，天哪。與單一遙感技術(shù)相比，無人機GIS的實際效果更加明顯。

由于無人機對周邊導航自然環(huán)境要求較低，無需設(shè)置專業(yè)機場和游樂場，監(jiān)控效率高；無人機監(jiān)控技術(shù)成本低，系統(tǒng)軟件便宜，有利于特定的運輸和組裝，人工成本低。

無人機GIS還可以快速獲取遙感圖像。從航行前準備到圖像采集，圖像采集后可直接解決監(jiān)測結(jié)論。監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性明顯，更有利于優(yōu)質(zhì)有效地監(jiān)測石灰石、水泥石灰石等礦山工程項目的具體監(jiān)測工作。無人機地理信息系統(tǒng)能夠滿足低空飛行數(shù)據(jù)航空攝影的要求，其監(jiān)控精度可以超過1：500、1：1000和1：2000等大尺度空間精度的要求。

但現(xiàn)階段，在無人機地理信息系統(tǒng)的具體應用中，仍存在以下問題需要解決：一是無人機系統(tǒng)軟件采集的圖像強度小、重疊大、幀丟失率高，在操作過程中很容易漏拍，導致中后期空調(diào)機組全自動轉(zhuǎn)換水平和精度降低，相應的處置工作增加。在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的全過程中，無人機地理信息系統(tǒng)仍需與現(xiàn)有或地圖數(shù)據(jù)配合，設(shè)置GCP點數(shù)據(jù)和分布區(qū)域，從源頭上提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的幾何校正精度；其次，無人機必須由自動導航控制系統(tǒng)操作。其自身質(zhì)量和慣性力小，導航姿態(tài)的可靠性無法從源頭上得到保證。當無人機的導航可靠性降低，采集的數(shù)據(jù)整理不整齊時，必須改善現(xiàn)有導航硬件系統(tǒng)的作用，從源頭上提高服務平臺的可靠性；第三，針對現(xiàn)階段無人機遙感技術(shù)監(jiān)測中存在的各種問題，我們還應該支付足夠的人力資源產(chǎn)品，開發(fā)無人機圖像數(shù)據(jù)自動化技術(shù)和專題講座圖像處理軟件，從源頭上提高無人機遙感技術(shù)數(shù)據(jù)的監(jiān)測水平，提高礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測結(jié)論的整體性和準確性。

6 結(jié)論

將更優(yōu)秀的無人機地理信息系統(tǒng)應用于礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，對推進礦山智能工程建設(shè)具有極其重要的意義。目前，無人機高清航空攝影占比越來越高，相應的數(shù)字高程模型和DOM技術(shù)也越來越完善，可以從源頭上提高礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測結(jié)論的通用性和準確性。