賈利萍

摘要：本文以安徽省主要礦集區(qū)為研究區(qū)域，采用高分辨率Ikonos、Quickbird、Geoeye-1、Worldview-2、高分一號、高分二號、無人機(jī)遙感影像數(shù)據(jù)，通過圖像的幾何糾正、正射校正、增強(qiáng)和融合處理，結(jié)合野外調(diào)查和室內(nèi)初步判讀，對開發(fā)狀況和勘探狀況等信息建立解譯標(biāo)志，通過采礦權(quán)、探礦權(quán)數(shù)據(jù)與遙感影像進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用狀況、礦山環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測工作。結(jié)論：（1）在數(shù)據(jù)處理上，Pansharping融合方法在礦山開發(fā)地物的識別上較好，能夠很好的保持圖像的光譜、空間和紋理特征；（2）建立露天開采、地下開采與勘探的解譯標(biāo)志；（3）能夠及時(shí)的識別越界開采、無證開采、以采代探、井工變露采和違法勘查等多種違規(guī)類型礦山；（4）能夠滿足1：1萬礦山開發(fā)遙感調(diào)查與監(jiān)測的要求。因此，采用高分辨率遙感數(shù)據(jù)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測到礦山的開發(fā)狀況，為政府整頓礦山開發(fā)秩序、礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理提供重要技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：礦山開發(fā)；遙感；礦山環(huán)境；GIS

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對礦產(chǎn)品需求的增加，違法開采礦產(chǎn)資源的行為時(shí)有發(fā)生，2008年，國土資源部對全國“163”個(gè)重點(diǎn)礦區(qū)進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注，2010年至今，在全國又開展了礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法檢查。那么，如何提高對違法開采礦山的管理效率，科學(xué)合理有序的開發(fā)、保護(hù)礦產(chǎn)資源具有重要意義。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)保障程度提高，特別是近年來高分一號、高分二號高空間分辨率遙感影像的應(yīng)用，其具有宏觀性、客觀性、現(xiàn)勢性的特點(diǎn)，為我們監(jiān)測重要礦集區(qū)的礦山開發(fā)狀況和礦山環(huán)境提供數(shù)據(jù)保證。

1. 研究區(qū)概況

選取安徽省馬鞍山、廣德、宿州、淮南、淮北、霍邱、銅陵等重要礦區(qū)為監(jiān)測區(qū)。研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源種類較多、儲量豐富，其中煤、鐵、銅、水泥用灰?guī)r、方解石是安徽省優(yōu)勢礦產(chǎn)，其資源儲量在華東乃至全國均位于前列，是長三角經(jīng)濟(jì)區(qū)能源、金屬和非金屬原材料基地，主要礦種產(chǎn)地分布相對比較集中，以露天開采礦山為主。

2. 資料獲取

全面收集了安徽省的自然地理概況、地形地貌、礦產(chǎn)類型及分布、1∶5萬地形圖等。遙感數(shù)據(jù)主要是高分一號、高分二號、IKONOS、Geoeye等數(shù)據(jù)。

3. 圖像處理

（1）幾何糾正

以馬鞍山礦區(qū)Geoeye影像為例，通過取15個(gè)糾正點(diǎn)，結(jié)果誤差控制小于1個(gè)象元（圖1）?？偟膩碚f，安徽省高分遙感影像清晰、層次分明、色調(diào)均勻、反差適中，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）數(shù)據(jù)融合

①Brovey變換法

Brovey變換法也稱為彩色標(biāo)準(zhǔn)化（color normalized）變換融合，是一種用來對來自不同傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的較為簡單的融合方法，該方法通過歸一化后的多光譜波段與高分辨率影像相乘來增強(qiáng)影像的信息。

②IHS變換法

IHS（Intensity-Hue-Saturation）變換是遙感影像融合算法中十分廣泛的一種RGB彩色融合變換法。它將遙感影像從彩色空間紅、綠、藍(lán)轉(zhuǎn)換到以亮度（I）、色調(diào)（H）、飽和度（S）作為定位參數(shù)的色彩空間，然后將高分辨率全色波段與IHS色彩空間的I（亮度）波段進(jìn)行直方圖匹配，并代替I波段與H、S波段通過IHS逆變換得到最終的融合影像。其變換公式表示為：

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ式中：Ⅰ表示顏色的亮度，主要反映圖像中地物反射的全部能量和圖像所包含的空間信息，對應(yīng)于圖像的地面分辨率；H表示色度，是指組成色彩的主波長，由紅綠藍(lán)色的比重所決定；S表示飽和度，代表顏色的純度；H與S代表圖像的光譜分辨率；v1、v2為中間變量。

③主成分變換法

主成分（Principal Components Transform ，PCA）變換是一種多維（多波段）正交線性變換，數(shù)學(xué)上稱為K-L變換。它將一組相關(guān)變量轉(zhuǎn)化為一組原始變量的不相關(guān)線性組合的正交變換，其目的是把多波段的圖像信息壓縮或綜合在一幅圖像上，并且各波段的信息所作的貢獻(xiàn)能最大限度地表現(xiàn)在新圖像中。

④PanSharpening變換法

該方法是基于統(tǒng)計(jì)原理的，它利用最小方差技術(shù)對參與融合的波段的灰度值進(jìn)行最佳匹配并利用此原理調(diào)整單個(gè)波段的灰度分布以減少融合結(jié)果的顏色偏差，另外該方法還對輸入所有波段進(jìn)行一系列的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算并以此來消除融合結(jié)果對數(shù)據(jù)集的依賴性和提高融合過程的自動(dòng)化程度。運(yùn)用PCI 9.0軟件中的PANSHARP模塊里實(shí)現(xiàn)，利用該方法進(jìn)行融合除了需要輸入待融合的全色波段（PAN）和多光譜波段（MS）外，還需輸入至少一個(gè)參考波段，參考波段的選擇會影響融合結(jié)果的質(zhì)量，選取多光譜影像的1、2、3、4四個(gè)波段為參考波段，此時(shí)融合效果最佳。

4. 解譯標(biāo)志的建立

（1）能源礦山

安徽省能源礦山主要分布在淮南市和淮北市的兩淮煤礦區(qū)，其開采方式主要為地下開采，在遙感影像上表現(xiàn)的特征為礦井多分布于地勢平坦地區(qū)，礦山建筑物較規(guī)則，屋頂呈藍(lán)色，礦區(qū)道路清晰，在高分辨率的影像上可直接識別出井架，有陰影，立體感強(qiáng)，在礦區(qū)周圍有黑色的煤堆和煤矸石堆，井口附近有明顯的塌陷區(qū)。

（2）金屬礦山

安徽省金屬礦山主要分布在沿江地區(qū)的馬鞍山市、蕪湖市和銅陵市，開采礦種主要為鐵礦和銅礦等，地下開采和露天開采均有，地下開采在高分影像上較易識別，能夠直接識別出井架，露天開采在影像上的開采面主要表現(xiàn)為呈環(huán)狀螺旋式狀，漏斗狀，階梯式向下開采，紋理明顯。

（3）非金屬礦山

安徽省非金屬礦山分布較廣，礦種類型也較多樣，主要為建筑石料用灰?guī)r、水泥用灰?guī)r和方解石礦等，地下開采和露天開采均有。通過對比不同數(shù)據(jù)源的遙感影像和不同礦種的的遙感影像，對于硐口開采，可以通過道路的走向或廢石堆能間接判斷出來，開采硐口一般位于道路的盡頭或拐角處，廢棄物占地面積較大的地方，正在開采的硐口，色調(diào)上顯示為高亮，呈白色，廢棄的硐口顏色顯灰色；對于露天開采較易識別，其開采面亮度較大，且向開采方向一側(cè)由于開采深度的影響，有高差的存在，立體感明顯。

5. 疑似違法圖斑信息提取

根據(jù)建立的解譯標(biāo)志對安徽省的開采礦山進(jìn)行了疑似違法圖斑的提取工作，通過對疑似違法圖斑進(jìn)行歸類，安徽省疑似違法圖斑類型主要為越界開采，無證開采、以采代探、井工變露采和未批先建等類型。

（1）疑似越界開采圖斑

疑似越界開采圖斑是疑似違法類型中占主要比例的圖斑，其主要為非金屬礦山，金屬礦山越界開采較少（圖2）

（2）疑似無證開采圖斑

疑似無證開采圖斑在安徽省多數(shù)存在于非金屬礦種，主要表現(xiàn)為建筑石料用灰?guī)r、磚瓦用粘土石英巖等（圖3）。

（3）以1采代探

以采代探主要發(fā)生在安徽省的銅陵市和宿州市（圖4）。

（4）擅自改變開采方式

擅自改變開采方式，主要發(fā)生在馬鞍山市和銅陵市，主要進(jìn)行鐵礦開采（圖5）。

（5）擅自改變礦種

這種違法類型較少，主要存在的現(xiàn)有的采礦權(quán)范圍內(nèi)，進(jìn)行其他礦種的開采活動(dòng)（圖6）。

6. 結(jié)論與展望

（1）在數(shù)據(jù)處理上，Pansharping融合方法在礦山開發(fā)地物的識別上較好，能夠很好的保持圖像的光譜、空間和紋理特征；

（2）能夠及時(shí)的識別越界開采、無證開采、以采代探、井工變露采和違法勘查等多種違規(guī)類型礦山；

（3）高分一號、高分二號等國產(chǎn)衛(wèi)星的逐步應(yīng)用，可以加大礦產(chǎn)開發(fā)和礦山環(huán)境監(jiān)測頻率。

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