楊金中，秦緒文，聶洪峰，王曉紅，張 志，楊清華，黃 潔，李建存，劉 瓊，王海慶，汪 勁，周英杰，荊青青，陳 微，初 禹

(1．中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083;2．中國地質調查局，北京 100037;3．中國地質大學(武漢)，湖北武漢 430074;4．四川省地質調查院，四川成都 610081;5．黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱 150036)

0 引言

我國的礦產資源較為豐富，各類大中小礦山遍布全國。2006年以前，政府對礦產資源開發(fā)狀況、礦山環(huán)境問題及礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況的掌握基本采用逐級統(tǒng)計上報和群眾舉報的模式，上報數據不真實的情況比較普遍，統(tǒng)計結果難以準確，國家缺乏適時、客觀的數據，難以對礦產資源的開發(fā)利用與環(huán)境保護實施更為有效的管理。2006年起，中國地質調查局部署開展了“礦產資源開發(fā)遙感調查與監(jiān)測”(簡稱“礦山遙感監(jiān)測”)工作，對國土資源部公告的全國整頓和規(guī)范礦產資源開發(fā)秩序重點礦區(qū)(簡稱“全國重點礦區(qū)”)的礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況、礦產資源開發(fā)狀況、礦山地質環(huán)境問題實施遙感調查與動態(tài)監(jiān)測?！暗V山開發(fā)遙感調查與監(jiān)測成果集成與綜合研究”項目是該工作的綜合研究項目(項目編號:1212010811046，1212010611203)，由中國國土資源航空物探遙感中心在2006—2010年間承擔完成。項目的主要目標任務是:研究建立礦產資源開發(fā)多目標遙感調查與監(jiān)測技術體系，制定礦山開發(fā)多目標遙感調查與監(jiān)測技術標準;開展重點成礦帶與礦集區(qū)調查與監(jiān)測成果的質量監(jiān)控工作;建立礦產資源開發(fā)多目標遙感調查與監(jiān)測信息系統(tǒng);編制礦產資源開發(fā)多目標遙感調查與監(jiān)測規(guī)劃;通過重點成礦帶與礦集區(qū)調查與監(jiān)測成果的系統(tǒng)研究和綜合分析，提出礦山可持續(xù)開發(fā)利用對策與建議，為國土資源部制定礦產資源規(guī)劃、保持礦產資源的可持續(xù)開發(fā)與利用、維護礦業(yè)秩序、綜合整治礦區(qū)環(huán)境提供決策依據。筆者從理論研究、技術體系建立、技術標準編制和調查成果綜合研究等幾個方面介紹了該項目5年的主要工作進展與成果，并對該領域的研究方向進行了展望，以期為后續(xù)工作提供參考。

1 主要進展與成果

礦山遙感監(jiān)測是一項具有中國特色的基礎國情調查工作。項目初步建立了礦山遙感監(jiān)測的基本理論;根據項目工作需求和工作流程，研究建立了較為完善的礦山遙感監(jiān)測技術體系，編制了《礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術要求》［1］;開發(fā)了礦山遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)，對歷年調查成果數據進行了標準化整理和入庫工作;通過對歷年監(jiān)測成果的綜合研究，初步查明了全國重點礦區(qū)礦產資源開發(fā)秩序、礦山環(huán)境、礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況等方面的現狀和存在的問題。

1.1 理論依據與方法研究

以現代成礦理論和采礦學為理論依據，從礦產賦存規(guī)律、礦山生產系統(tǒng)、礦山開采的環(huán)境效應、圖像分析的時間效應和尺度效應、礦山地質環(huán)境評價方法等方面，初步探索建立了礦山遙感監(jiān)測方法，出版了《礦山遙感監(jiān)測工作指南》［2］、《礦山遙感監(jiān)測理論方法與實踐》［3］、《礦山遙感監(jiān)測技術方法研究》［4］、《中國礦山遙感監(jiān)測》［5］4 部專著，為全國礦山遙感監(jiān)測工作的有序開展建立了理論基礎。

(1)通過礦山開采場地與固體廢棄物、就地選冶形跡、交通運輸系統(tǒng)等的共生性、相關性的剖析，研究了不同礦種的礦山生產系統(tǒng)，綜合研究并界定了不同礦種的監(jiān)測重點、監(jiān)測指標和監(jiān)測精度，建立了不同礦種的開采點/面、礦山建筑、中轉場地、固體廢棄物等的監(jiān)測方法、解譯標志。

(2)通過對礦山開采過程中產生的地表景觀破壞、環(huán)境污染、礦山地質災害等的分析，研究了礦山開采的環(huán)境效應，提出了對因礦山廢渣和廢水產生的環(huán)境污染、開采產生的地質災害、景觀破壞等的監(jiān)測指標和監(jiān)測精度。

(3)根據我國各重要成礦帶成礦地質條件和礦床賦存規(guī)律，初步界定了“礦山開發(fā)遙感調查與監(jiān)測”的監(jiān)測區(qū)域、監(jiān)測重點礦種、監(jiān)測內容以及可能需要使用的遙感數據分辨率等。

(4)根據不同分辨率遙感數據的實際使用情況，對比分析了圖像分析時的時間效應和尺度效應，界定了不同比例尺成果間的誤差幅度，建立了礦山地質環(huán)境遙感評價方法。

1.2 技術體系研究與開發(fā)

根據礦山遙感監(jiān)測工作流程，系統(tǒng)分析了各工作過程的技術需求，針對基礎數據處理、監(jiān)測底圖生產、信息提取、外業(yè)驗證、成果圖編制和成果數據入庫等各工作環(huán)節(jié)的實際需求，先后研究/開發(fā)了地形圖自動校正、礦權數據處理、輻射校正、去霾(霧)處理、快速糾正、變化監(jiān)測、圖斑自動編碼、半自動成圖軟件等模塊或技術;以SuperMap和ArcGIS為基礎，開發(fā)了礦山遙感監(jiān)測外業(yè)核查系統(tǒng)(MineMapper)，開發(fā)了全國礦山遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)V1.0，初步建立了較為完善的礦山遙感監(jiān)測技術體系(圖1)。

圖1 礦山遙感監(jiān)測技術體系框架Fig．1 Technological framework of remote sensing monitoring of mine

其中，借鑒分水嶺變換的思想和FNEA方法的精髓并加以改進，提出了一種基于凸面模型的多尺度影像分割方法，并據此開發(fā)的變化監(jiān)測模塊，能夠對多期影像間影像像元的變化區(qū)域進行快速圈定，提高了礦山遙感監(jiān)測的工作效率和工作精度;基于超圖嵌入式開發(fā)平臺eSuperMap，采用Microsoft Embeded VC++4.0開發(fā)語言，開發(fā)Minemapper手持PDA外業(yè)調查系統(tǒng)(圖2)。其主要功能包括地圖配置、投影轉換、GPS定位導航、GPS軌跡記錄及各種礦山專項業(yè)務外業(yè)調查(含開采點外業(yè)調查、開采面外業(yè)調查、開發(fā)占地外業(yè)調查、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫外業(yè)調查以及大氣污染、水體污染、粉塵污染、環(huán)境恢復與治理等外業(yè)調查)等，既實現了礦山遙感監(jiān)測野外數據采集的規(guī)范化、標準化，也提高了野外工作的質量和成果的真實性。

1.3 技術標準編制與培訓

(1)編制了“礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術要求”［1］。該技術要求包括資料收集、野外踏勘、遙感數據源選擇、地形地理底圖編制、影像圖制作、信息提取(信息提取內容、基本信息提取方法、提取內容屬性定義)、實地驗證、成果圖件編制和格式要求(成果圖件內容、表現形式)、成果提交與資料匯交等11個方面，對設計書編寫和審查、野外驗收工作方法和要求、相關統(tǒng)計報表和成果圖件的格式、提交時間、提交方式、成果報告編寫格式等內容進行了界定，進一步規(guī)范了項目工作流程和成果表達方式。經中國地質調查局頒布執(zhí)行，為礦山遙感監(jiān)測工作的規(guī)范化、標準化奠定了技術基礎。

圖2 外業(yè)查驗軟件界面Fig．2 I nterface of field check software

(2)按年度組織開展了“礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術要求”培訓工作，就技術方法、精度指標、成果圖編制等進行了示范性說明，實現了礦山遙感監(jiān)測工作思路、工作方法、工作標準、工作進度、成果表達的“五統(tǒng)一”。

1.4 成果集成

(1)以礦山遙感監(jiān)測計劃項目成果為基礎，以全國礦山遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)V1.0為平臺，完成2006年度、2007年度、2008年度、2009年度和2010年度遙感礦山調查與監(jiān)測成果數據的規(guī)范化整理和入庫(入庫數據達21T)工作，建立了礦山遙感監(jiān)測成果數據庫。

(2)及時向國土資源管理部門提交了各年度重點礦區(qū)的監(jiān)測成果(包括圖件、報告，計612套);分年度編寫了礦產資源開發(fā)遙感調查與監(jiān)測成果報告，及時分析了礦產疑似違法圖斑、礦山地質環(huán)境問題等分布范圍及變化情況，提出了相關對策建議，編制了各年度全國礦產疑似違法圖斑分布圖(1∶400萬)，并上報中國地質調查局、國土資源部。實現了工作成果的及時應用。

(3)以2009年度和2010年度調查成果為基礎，開發(fā)了礦山遙感監(jiān)測三維展示系統(tǒng)。

1.5 調查成果綜合分析

開展了礦產資源開發(fā)狀況、礦山地質環(huán)境問題、礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況等綜合研究工作。

1.5.1 礦產資源開發(fā)狀況

完成了2006—2010年度調查成果的整理、匯總和上報工作，工作成果成功運用于礦產資源開發(fā)秩序監(jiān)管、九部委“回頭看”礦業(yè)開發(fā)秩序整頓行動、礦產衛(wèi)片執(zhí)法檢查等政府工作中，為有效遏制全國礦產資源違規(guī)開采行為提供了基礎數據。

(1)2006—2010年，全國重點礦區(qū)先后提取礦產疑似違法圖斑數量分別為6 440、1 675、3 152、4 242和2 492處。按單位面積內違法圖斑數量計算，2006—2010年每百平方千米礦產疑似違法圖斑數量分別為7.31個、3.31個、2.23個、1.05個和0.89個，呈現逐年下降趨勢，表明全國重點礦區(qū)礦業(yè)秩序正在好轉。

(2)從違法類型分析，2006—2010年，無證開采、越界開采、擅自改變開采方式、擅自改變開采礦種、以采代探等各種違法類型總量分別為13 435處、3 862處、121處、59處、181處和343處，分別占違法總量的74.6%、21.5%、0.7%、0.3%、1%和1.9%。違規(guī)開采以無證開采、越界開采為主。

(3)全國主要違規(guī)區(qū)域主要位于河北遷安、承德、張北，山西寧武—朔州、鄉(xiāng)寧—柳林、晉城，河南欒川、澠池，山東膠東、黑旺、嘉祥，湖北宜昌、?？?、荊襄、云應、天潛，安徽廬樅、馬鞍山，廣西平果、貴港、天等，云南安寧縣街，福建永定、新羅，新疆博樂、托里等礦區(qū)。其中，河北、山西、遼寧等省份以煤礦、鐵礦等的違法開采為主;山東以金礦、鐵礦等為主;河南以煤礦、鋁土礦和鉬礦為主。南方諸省主要以磷礦、稀土礦、煤礦和石材為主。

(4)礦產疑似違法圖斑的違法主體多為個體采礦業(yè)者，占違法總量的63.7% ～67.2%;集體經濟和股份制企業(yè)違法比例為25.4% ～31.2%;國營企業(yè)違法比例為5.1%～7.3%。絕大多數煤礦(87%以上)、金屬礦產(76%以上)的違法開采行為是由國營企業(yè)、集體經濟和股份制企業(yè)實施的;多數(63%)的非金屬礦的違法開采行為是由個體采礦業(yè)者實施的。

1.5.2 礦山地質環(huán)境問題

圖3 全國重點礦區(qū)礦山占地分布圖［5］Fig．3 Land occuption map of national concentration zones of the important mine［5］

(1)編制了全國重點礦區(qū)礦山占地分布圖(圖3)，初步查明了全國重點礦區(qū)的礦山占地情況。2006—2010年，先后在全國重點礦區(qū)查明的礦業(yè)活動占地面積分別為 3.99、4.43、12.17、29.06、25.56萬公頃，占當年監(jiān)測面積的 5.75‰、4.39‰、5.66‰、6.40‰、7.21‰，顯示隨著治理整頓力度的加大，礦業(yè)活動逐漸規(guī)范，礦山建筑面積不斷加大，礦山占地呈增加趨勢;全國累計查明疑似違法礦業(yè)用地分別為 0.73、0.55、1.06、1.93、2.01 萬公頃，分別占當年監(jiān)測面積的萬分之10.77、6.36、4.52、4.25和5.67，違法占地比例呈逐年下降趨勢，但2010年有所反彈。

(2)編制了全國重點礦區(qū)礦山地質災害分布圖，初步查明了全國重點礦區(qū)的礦山地質災害分布情況、大型地質災害的變化情況。2006—2010年，累計監(jiān)測各類地質災害(點)6 596處。其中，滑坡359處、崩塌170處、泥石流307處、地面(采空)塌陷293處(塌陷坑4 168個)、地裂縫855處、煤火自燃106處、工礦型荒漠化338處，分別占總量的15% 、7%、13% 、12% 、35% 、4% 和 14% 。

(3)2006—2010年，累計監(jiān)測各類礦山環(huán)境污染(點)327處，其中，水體污染122處、粉塵污染170處、大氣污染35處，分別占總量的37%、52%、11%;礦山環(huán)境污染較為嚴重的省份為內蒙古、山西、河南、青海、山東、安徽、江西等。其中，內蒙古以粉塵污染為主，主要為中、東部地區(qū)的尾礦庫和開采場引起的粉塵污染和中、西部地區(qū)煤礦和金屬礦開采引起的水體污染;山西主要為煤礦開采引發(fā)的粉塵和大氣污染。

(4)開展了全國重點礦區(qū)礦山地質環(huán)境遙感評價工作。圈定礦山開采對礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)19 030 km2，較重區(qū)157 756 km2、一般區(qū)475 122 km2，分別占總量的3%、24%和73%(圖4)。

1.5.3 礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況

按照第一輪礦產資源規(guī)劃，全國現有各類礦產資源開采規(guī)劃區(qū)2 450個，其中，鼓勵開采區(qū)1 174個，限制開采區(qū)701個，禁止開采區(qū)517個。5年中，項目對其中的716個(鼓勵開采區(qū)33個，限制開采區(qū)60個，禁止開采區(qū)8個，其他規(guī)劃區(qū)11個，占總量的29.22%)進行了監(jiān)測，發(fā)現只有22個規(guī)劃區(qū)的執(zhí)行情況與要求不符。對116處礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理規(guī)劃區(qū)(占總量的30.13%)進行監(jiān)測，發(fā)現8個規(guī)劃區(qū)執(zhí)行了規(guī)劃意見，完成了礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理指標;27個尚未進行治理;81個規(guī)劃區(qū)正在完成治理任務。

2 主要創(chuàng)新

圖4 全國重點礦區(qū)礦山地質環(huán)境遙感評價圖［5］Fig．4 Geo-environment remote sensing map of national concentration zones of the important mine［5］

(1)以提高全國礦山遙感監(jiān)測工作的理論水平和工作效率為目標，通過5年的工作，逐步建成了礦山遙感監(jiān)測的技術體系，初步建立了礦山遙感監(jiān)測理論體系。對涉及資料整理、影像制作、信息提取、外業(yè)驗證、成果入庫等各工作階段的技術方法進行詳細研究并據此進行程序化開發(fā)，編寫出版了《礦山遙感監(jiān)測工作指南》［2］、《礦山遙感監(jiān)測理論方法與實踐》［3］、《中國礦山遙感監(jiān)測》［5］等多部專著，為全國礦山遙感監(jiān)測工作的順利開展提供了理論和技術支撐。

(2)從監(jiān)測底圖生產、信息提取、外業(yè)核查、成果圖編制、綜合研究、成果報告編審等多個方面，編制了《礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術要求》［1］。經中國地質調查局發(fā)布，作為局標準在礦山遙感監(jiān)測工作中執(zhí)行，為礦山遙感監(jiān)測工作的規(guī)范化、標準化奠定了技術基礎。2014年，相關標準通過全國國土資源標準化委員會的審核，定名為《礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術規(guī)范》(DZ/T0266－2014)，由國土資源部作為國土資源行業(yè)標準發(fā)布，填補了行業(yè)空白。

(3)開發(fā)了礦山遙感監(jiān)測外業(yè)核查系統(tǒng)V1.0(軟著登字第0466343號)、礦界文件轉換生成器和解譯信息屬性錄入等軟件，規(guī)范了礦山遙感監(jiān)測內業(yè)、外業(yè)工作內容，提高了工作效率和工作質量。建成了全國礦山遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)V1.0(軟著登字第0466340號)，實現了海量調查與監(jiān)測成果的快速查詢?yōu)g覽、可視化表達和應用分析，通過對監(jiān)測成果的空間分析和數據挖掘，為礦產資源規(guī)劃管理、礦業(yè)秩序整頓、礦山環(huán)境恢復治理等提供輔助決策工具。

(4)首次基本查明了全國重要規(guī)劃區(qū)、礦集區(qū)的礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況，為全國礦產資源規(guī)劃監(jiān)管、新一輪規(guī)劃的制定等提供了重要參考數據。首次基本查明了全國重要規(guī)劃區(qū)、礦集區(qū)的礦山地質環(huán)境問題，對重點礦山地質災害集中區(qū)開展了連續(xù)監(jiān)測，為礦山環(huán)境整治工作提供了及時服務;以2006—2010年監(jiān)測成果為基礎，首次建立了全國重點礦區(qū)礦山地質環(huán)境遙感監(jiān)測本底數據庫，為全國礦山環(huán)境監(jiān)測工作的開展奠定了基礎。以為國土資源部中心工作提供快速服務為目標，編制了1∶400萬全國重點礦區(qū)礦產疑似違法圖斑分布圖、全國重點礦區(qū)礦山占地分布圖、全國重點礦區(qū)礦山地質災害分布圖等成果，首次全面反映了我國重點礦區(qū)的礦產資源開發(fā)狀況、礦山地質環(huán)境問題，為政府決策提供了重要參考資料。

(5)按年度及時匯總提交了監(jiān)測成果數據，為遏制和打擊礦產資源違規(guī)開采行為提供了準確、高效的技術依據，在項目成果及時為政府決策服務方面提供了范例。

3 存在問題

(1)2006—2010年的礦山遙感監(jiān)測工作主要以國外的衛(wèi)星遙感數據為主要數據源，相關數據處理方法亦針對國外數據開展。隨著我國國產衛(wèi)星技術的不斷提升，目前的礦山遙感監(jiān)測工作主要利用國產高分辨率遙感數據，包括數據質量檢查、快速糾正、自動勻色等在內的國產數據處理方法急需開展進一步的研究。

(2)盡管前期礦山遙感監(jiān)測工作已經在規(guī)劃、開發(fā)、環(huán)境等國土資源管理工作中發(fā)揮了多方面的作用，但監(jiān)測周期過長、應急監(jiān)測不力等問題依然存在。應根據國家礦政管理工作需要，開展無人機、紅外(夜視)等新型傳感器技術研發(fā)，進一步提升服務水平和服務能力;進一步拓展服務領域，開展國家后備資源基地、全國礦山環(huán)境恢復治理現狀和治理效果等調查與監(jiān)測。

4 結論與討論

通過5年的研究，全國礦山遙感監(jiān)測技術體系基本建成，礦山遙感監(jiān)測理論初步形成，為開展覆蓋全國范圍的礦產資源開發(fā)狀況遙感監(jiān)測工作奠定了基礎;歷年的礦產資源開發(fā)秩序相關成果數據已經在各年度礦政管理工作中發(fā)揮了重要作用，對全國非法采礦/用礦起到了極大的震懾作用。礦山遙感監(jiān)測正在或已經成為全國礦政管理工作的重要技術手段。

綜合以上研究和分析，我們認為，礦山遙感監(jiān)測工作還需要加強以下幾方面的工作。

(1)擴大監(jiān)測范圍，增加監(jiān)測期次。自2006年以來，中國地質調查局每年均部署礦山監(jiān)測項目，實現了全國整頓和規(guī)范礦產資源開發(fā)秩序重點礦區(qū)的全覆蓋，部分地區(qū)甚至實現了二年或三年的連續(xù)監(jiān)測。但由于經費的限制，這項工作還遠不能滿足國土地資源部土地礦產衛(wèi)片執(zhí)法等工作的要求。建議進一步加強礦山監(jiān)測工作力度，擴大覆蓋范圍，增加監(jiān)測期次，使礦山遙感監(jiān)測成為一項日常性工作。進一步完善機制，建立健全中央、地方相結合，定期監(jiān)測與應急監(jiān)測相結合的礦山遙感監(jiān)測體系，加快開展我國礦產資源開發(fā)區(qū)，特別是老礦業(yè)基地和重要礦產開采區(qū)(帶)的礦山動態(tài)監(jiān)測;及時準確地發(fā)現問題，將問題解決在萌芽狀態(tài)。

(2)完善技術體系，大力推進國產數據應用。目前，我國高分辨率遙感技術得到長足發(fā)展，應建立和完善基于國產衛(wèi)星數據的全國礦產資源開發(fā)狀況動態(tài)監(jiān)管技術體系，大力推進國產衛(wèi)星數據在礦山遙感監(jiān)測中的應用，實現基于國產數據的礦產資源開發(fā)現狀動態(tài)巡查，為礦政管理工作提供更加及時、詳盡的信息和強有力的技術支撐。

(3)加強礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復治理工作。目前，礦業(yè)活動占用破壞的土地面積遠大于已經恢復治理的面積，應進一步加強礦山地質災害動態(tài)監(jiān)測、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復治理等工作，加強礦山環(huán)境恢復治理規(guī)劃執(zhí)行力度，加快實施礦山地質環(huán)境恢復與治理進程，逐步改善礦區(qū)環(huán)境質量。促進礦產資源開發(fā)與礦山環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展，使我國的礦山環(huán)境地質問題得到根本解決，礦山地質環(huán)境質量有根本好轉。

(4)進一步加強礦山遙感監(jiān)測成果資料的轉換應用。應進一步加強礦山遙感監(jiān)測成果的應用，針對礦山遙感監(jiān)測工作中發(fā)現的重大地質災害隱患和重大環(huán)境問題，進行全面排查和清查，保障人民群眾生命財產的安全。

［1]中國地質調查局．DD2011—06礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術要求［S］．

［2]楊金中，秦緒文，聶洪峰，等．礦山遙感監(jiān)測工作指南［M］．北京:中國大地出版社，2011．

［3]楊金中，秦緒文，張志，等．礦山遙感監(jiān)測理論方法與實踐［M］．北京:測繪出版社，2011．

［4]秦緒文，楊金中，康高峰，等．礦山遙感監(jiān)測技術方法研究［M］．北京:測繪出版社，2011．

［5]楊金中，秦緒文，聶洪峰，等．中國礦山遙感監(jiān)測［M］．北京:測繪出版社，2011．