許冬亮

（遼寧省自然資源事務服務中心—遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121003）

0.引言

“國家主席習近平2014年11月10日在APEC歡迎宴會致辭時表示，希望中國藍天常在、青山常在、綠水常在。習近平總書記在黨的十九大報告中要求：“改革生態(tài)環(huán)境監(jiān)管體制”。在推進全面完成國家自然資源綜合治理方面，要嚴厲打擊偷采盜運等違法行為，加快采煤沉陷區(qū)、破損礦山地質環(huán)境整治，推進礦山生態(tài)修復。因此需要利用遙感解譯技術，監(jiān)測礦山及周邊環(huán)境變化，從而提高自然資源利用，為自然資源合法、合理管理提供技術支撐。

1.總體技術路線

收集整理監(jiān)測區(qū)域范圍內多源遙感影像、基礎測繪成果、地理國情監(jiān)測成果等資料，經過坐標轉換，統(tǒng)一轉換為2000國家大地坐標系，對遙感影像進行解譯試驗，得到基本解譯尺度，套合多種數據成果，首先進行自動提取，然后進行人工判讀，最后進行野外核查，形成監(jiān)測數據成果。對監(jiān)測成果進行質量檢查，建立監(jiān)測數據評價體系，制作專題地圖，為土地利用、礦山演變、環(huán)境質量定價提供參考數據。利用遙感解譯方法進行礦山環(huán)境監(jiān)測的技術路線（如圖1所示）：

圖1 礦山環(huán)境監(jiān)測總體技術路線

2.分類及評價方法

2.1 監(jiān)測分類

通過對已有資料分析，按照礦山監(jiān)測總體技術路線要求，可以將基于遙感解譯的礦山監(jiān)測分類為土地利用和礦山監(jiān)測兩大類，其中土地利用可以監(jiān)督農田、林地等7個分類指標，礦山監(jiān)測需要監(jiān)督礦山的破壞區(qū)域和治理區(qū)域的對比。礦山監(jiān)測分類（如圖2所示）：

圖2 礦山監(jiān)測分類

2.2 礦山環(huán)境評價方法

2.2.1 環(huán)境評價

環(huán)境評價是在一個特定的評價范圍內，對某一既定目標制定相關標準，例如以環(huán)境作為評價對象，在有限程度上預測其發(fā)展趨勢，綜合評估人類活動對環(huán)境產生的影響，最終得出評價結論。我國從二十世紀七十年代末開始引入環(huán)境評價的相關機制，經過四十余年的不斷革新，從最初的一個分類、一個標準、單一體系、普適分析，發(fā)展到如今的多個分類、多個標準、層疊體系、廣義分析，并且能夠做到動態(tài)預測、實時播報，為環(huán)境評價方法的革新作出了重要貢獻。隨著計算機、軟件、通信、物聯網等高新技術的不斷發(fā)展，信息技術在進行環(huán)境評價時的應用較之前更多、更廣泛，特別是3S技術的持續(xù)發(fā)展，給環(huán)境評價工作帶來了新的方向。

環(huán)境評價一般包含數量評價、標準評價和方法評價三個部分。經過多年驗證，這樣的分類和評價方法是科學的，環(huán)境評價的三個部分具體要求如下：

（1）數量評價：定義在有效的評價方法之上，并與評價指標相關，具備客觀性、可測性和可比性。

（2）標準評價：評價指標應該是客觀的，必須實現評價方法和環(huán)境相統(tǒng)一，并且具有一定的包含或交叉領域。

（3）方法評價：旨在找到評價對象的內在聯系，并且參照相關學科的基本理論，不能脫離自然和社會，盡量做到簡單易行，減小誤差。

2.2.2 礦山環(huán)境評價

礦產資源的不斷開發(fā)，造成非常嚴重的問題，給人類的生存環(huán)境帶來了非常大的破壞。因此，科學地評價礦山周邊環(huán)境是一個值得研究的方向。礦山周邊環(huán)境的相關評價是建立在采集、分類、走訪、計算等步驟之上，將收集到的可靠數據導入評價模型進行模擬分析，在有限范圍內預測未來一段時間內礦山周邊環(huán)境可能出現的問題，做到為決策支持提供可靠數據。而且在礦山周邊環(huán)境評價開始初期，先對其存在的問題進行研究，其次根據調查結果和基礎資料的精度，選擇不同的方法進行評價。最后給出解決其存在的問題、保護和修復其治理的對策。

評價方法是在礦山環(huán)境評價時一種不可或缺的方式。通過對各種環(huán)境指標進行監(jiān)測或分析，找出影響環(huán)境質量的主要指標，從而計算單指標環(huán)境質量評價值和綜合環(huán)境質量評價值。評價模型對比表（如表1所示），礦山周邊環(huán)境評價方法（如表2所示）：

表1 評價模型對比表

表2 礦山周邊環(huán)境評價方法

2.3 權重的確定與網格法

監(jiān)測區(qū)環(huán)境質量評價的目的是通過分析、研究礦山開采活動對監(jiān)測區(qū)環(huán)境質量的影響，從而發(fā)現存在的問題，然后提出環(huán)境治理措施及建議。本文選用層次分析法及粗糙集理論相結合的方法進行礦山環(huán)境監(jiān)測研究。

2.3.1 層次分析法

層次分析法的相關計算步驟：首先是建立層次結構，其次是代入判斷矩陣。根據兩個評價指數之間的重要性關系，構建判斷矩陣如式（1）所示：

式中表示元素i與j的相對重要性，得出的結果可以用標準度方法來表示（如表3所示）：

表3 矩陣標準度及其含義

2.3.2 計算權向量

計算每行矩陣元素的乘積mi如式（2）所示：

其中i，j＝（1，2，．．．．．．，n）。

計算mi的n次方根如式（3）所示：

對特征向量W＝［W1，W2，……，Wn］T進行歸一化如式（4）所示：

求矩陣P的最大特征值如式（5）所示：

2.3.3 求一致性指標C.I.如式（6）所示：

2.3.4 判斷矩陣合理性檢驗如式（7）所示：

其中，R.I.為一致性隨機指數，其值（如表4所示）：

當C.R.＜0.10時，認為判斷矩陣具有合理性，當C.R.≥0.10時，說明判斷矩陣不滿足要求，需要進行修改。

表4 一致性隨機指數

2.3.5 粗糙集相關理論

粗糙集相關理論提供了一種數據挖掘方法，這種方法構建在自然語言基礎上，一般的分析對象基于對數據的分析和處理。它不僅是人工智能領域的一個熱點，而且為信息科學研究提供了一種新的思路。粗糙集理論定義：

定義1：S＝（U，A，V，f）是一個決策系統(tǒng)。其中U≠Φ為論域；A＝C∪D，C和D分別為條件和決策屬性集，且C∪D≠Φ；V為屬性的值域集，Va為屬性a的值域；f：U×A→V為一個信息函數，對?x∈U，a∈A，存在f（x，a）∈Va。每一個屬性子集P?A存在一個二元不可區(qū)分關系如式（8）所示：

關系IND（P），P∈A表示U的一個等價劃分，記作U/IND（P），U／/ND（P）中的任意元素[X]p稱為等價類。

定義2：設X∈U，R為U上的等價關系，U/R為R對U的劃分，則如式（9）和式（10）所示：

分別稱為X關于R的下近似和上近似。

定義3：令P和Q為U中的等價關系，Q的P正域記為POSP(Q)，Q和P之間的依賴程度記為其中0≤γ（Q）≤1，屬性的差異帶來的直接影響就是導致決策結論不一致，因此需要逐一排查特定的屬性，經過迭代后找到變化趨勢最大的屬性，確定該屬性為對決策結論影響最大的屬性。屬性變化的幅度直接影響到決策結論變化的幅度。

定義4：在定義1中的決策支持關系中，屬性子集C'∈C關于D的重要定義如式（11）所示：

若C={a1，a2，......，an}，則屬性ai的權重如式（12）所示：

3.遙感監(jiān)測

3.1 研究區(qū)概況

以遼東半島南部作為研究區(qū)域，面積約157300.34公頃。該區(qū)域為溫帶季風氣候，年平均降雨量約為610-720毫米。研究區(qū)域影像（如圖3所示）：

圖3 研究區(qū)域影像圖

3.2 數據來源

本論文選擇了高分一號、高分二號及資源三號衛(wèi)星遙感影像，基礎測繪DLG成果，2018年地理國情監(jiān)測影像分類成果，另外還收集了地區(qū)行政區(qū)劃、研究區(qū)域內礦權文本數據等資料。

3.3 數據處理

數據處理一般包括影像融合和幾何校正。其中影像融合通過融合算法，對影像進行處理，避免畸變，融合后地物更加清晰，提高人工判讀準確性。幾何校正的目的是糾正影像的幾何變化，便于影像配準，幾何校正是必須的，這樣做可以消除地物變形問題。

3.4 遙感解譯

首先將融合、幾何校正后的影像進行多尺度分割，通過試驗對比，得出適合試驗區(qū)域的分割尺度，采集特征點，自動解譯土地利用中農田、林地、草地、水庫等類別，通過基礎測繪數據自動提取建設用地、道路和礦區(qū)，通過人工判讀進行修正，并人工解譯歷史影像中礦山破壞區(qū)域和礦山治理區(qū)域。礦區(qū)恢復治理前后對比影像（如圖4所示）：

圖4 礦區(qū)恢復治理前后對比影像

4.監(jiān)測結果分析

通過監(jiān)測結果分析可知，較為嚴重影響的礦區(qū)面積約為6338.17公頃，占試驗區(qū)域面積的4.03%，次一級嚴重影響區(qū)域面積約為21961.28公頃，占試驗區(qū)面積的13.96%，較輕影響區(qū)域面積約為129000.89公頃，占試驗區(qū)面積82.01%。研究試驗區(qū)域屬于礦區(qū)治理輕度影響區(qū)域，與研究區(qū)域實際情況相符，說明試驗區(qū)域影像解譯尺度合理，特征點采集準確，可以作為研究區(qū)域礦山演變、環(huán)境保護等自然資源管理的決策依據。

5.結束語

通過對監(jiān)測區(qū)域范圍內多源遙感影像進行解譯試驗，我們不難發(fā)現，監(jiān)測試驗區(qū)域開發(fā)進程加快，采礦用地在逐年增大。礦山恢復治理速度跟不上開發(fā)進程。通過遙感解釋，直觀體現出礦山恢復治理率的大幅下降。監(jiān)測區(qū)域內有關部門應進一步加強對礦山監(jiān)管和治理。

遙感解譯監(jiān)測在礦山環(huán)境監(jiān)測中，是獲得礦山環(huán)境監(jiān)測數據較為直觀且精準的技術路線，可以作為大范圍推廣的礦山環(huán)境監(jiān)測手段。為生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、治理提供了重要的數據支持及治理依據，對我國環(huán)境生態(tài)保護具有重要的意義。