陳建明，關(guān)維娜，孫衛(wèi)東

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

我國(guó)的礦產(chǎn)資源總量較大，但是由于過度開發(fā)，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源快速消耗，短時(shí)間內(nèi)難以逆轉(zhuǎn)。礦產(chǎn)資源是我國(guó)重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源，具有不可再生、不均勻分布的特性，需要借助先進(jìn)的技術(shù)開采礦產(chǎn)資源[1]。遙感監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)的礦山監(jiān)測(cè)方法不同，技術(shù)方面更加先進(jìn)，不需要人工跋山涉水去檢測(cè)，主要是通過遙感器監(jiān)測(cè)礦山變化數(shù)據(jù)。將獲取到的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行處理，從中監(jiān)測(cè)到礦山環(huán)境變化的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可以開采的礦產(chǎn)資源，并結(jié)合礦山環(huán)境變化進(jìn)行實(shí)地考察[2]。遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)，減少了工作人員的野外工作量，降低了危險(xiǎn)性，并且節(jié)省礦山開發(fā)活動(dòng)監(jiān)測(cè)的成本。遙感是不需要接觸的，遠(yuǎn)距離操作的探測(cè)技術(shù)，通過遙感器探測(cè)被測(cè)物體的電磁波變化數(shù)據(jù)[3]。根據(jù)地理信息與國(guó)家地質(zhì)變化特征，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各地區(qū)的礦產(chǎn)資源情況，有效地控制礦產(chǎn)資源的過度開采?，F(xiàn)階段，我國(guó)礦山測(cè)量中，由于客觀條件的限制，衛(wèi)星技術(shù)不能及時(shí)地獲取目標(biāo)礦山的影響及數(shù)據(jù)；常規(guī)的航空技術(shù)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，由于飛行高度較高，要申請(qǐng)飛行許可，對(duì)礦山數(shù)據(jù)的時(shí)效性產(chǎn)生了一定的影響；無(wú)人機(jī)遙感器飛行高度不受限制，操作便捷，能夠保證礦山數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性，對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)工作的效率有很大提高。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠避免自然因素的影響，自動(dòng)化處理問題，減少了人為操作不當(dāng)導(dǎo)致的干擾誤差，且監(jiān)測(cè)成本較低，在礦產(chǎn)資源開采中具有重要的作用。

1 基于遙感監(jiān)測(cè)的礦產(chǎn)資源開采方法

1.1 構(gòu)建礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)模型

本文研究設(shè)計(jì)的礦山資源開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)模型根據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)際需求，分別以三條主線：多期遙感影像主線、多期監(jiān)測(cè)成果主線、遙感影像與監(jiān)測(cè)成果之間的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主線，完成各個(gè)工作區(qū)數(shù)據(jù)間的變化檢測(cè)。收集工作區(qū)與礦山資源相關(guān)的影響數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)、各個(gè)礦點(diǎn)的分布及相應(yīng)的礦權(quán)數(shù)據(jù)等，包括不同時(shí)期的遙感影像產(chǎn)品、地質(zhì)資料、居民地分布情況等資料。對(duì)礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)是整個(gè)工作流程的核心內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了多期影像、監(jiān)測(cè)成果及遙感影像和監(jiān)測(cè)成果之間的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的礦山環(huán)境變化檢測(cè)路線。遙感的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是利用不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行的環(huán)境變化檢測(cè)，是構(gòu)建模型的基礎(chǔ)，利用遙感數(shù)據(jù)覆蓋的監(jiān)測(cè)地區(qū)及具有前期影像的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)區(qū)域，在不同時(shí)間發(fā)生的影像變化分析，將分析結(jié)果分類、篩選出兩地之間影像的變化信息，根據(jù)解譯圖斑的類型和變化類型進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，本文利用兩個(gè)時(shí)間影像數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)圖像對(duì)圖像的變化監(jiān)測(cè)，通過解譯提取兩期影像中相同標(biāo)準(zhǔn)的礦山矢量，應(yīng)用影像數(shù)據(jù)對(duì)以往結(jié)果進(jìn)行空間分析，實(shí)現(xiàn)礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)。

1.2 礦產(chǎn)資源開采數(shù)據(jù)預(yù)處理

基于上述構(gòu)建的礦山開采環(huán)境變化監(jiān)測(cè)模型，獲取到礦山的影響數(shù)據(jù)。礦山資源開采中研究的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括兩個(gè)階段：遙感影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作和影像空間成像的環(huán)境匹配處理。根據(jù)不同類型的遙感影像處理模型進(jìn)行正射、銳化等處理，以及通過變化檢測(cè)目標(biāo)物的礦產(chǎn)資源屬性修正。

礦產(chǎn)資源影像數(shù)據(jù)預(yù)處理中，受到折光、地形起伏等影響，導(dǎo)致影像中的像點(diǎn)發(fā)生幾何變形的情況。為了減小數(shù)據(jù)處理的誤差，將傳感器獲取的圖像進(jìn)行空間拉伸處理，使其符合像點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。采用柵格數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)的多項(xiàng)式系數(shù)與共線方程結(jié)合，使其校正結(jié)果的數(shù)據(jù)完整性升高，滿足數(shù)據(jù)控制點(diǎn)后進(jìn)行正射校正。數(shù)據(jù)收集獲取的資料包括文字、圖片、影像等多種形式，預(yù)處理階段對(duì)其進(jìn)行整理分類，轉(zhuǎn)換為圖形通過相關(guān)軟件將其數(shù)字化處理。

礦山遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理通常采用多光譜遙感影像銳化處理，能夠充分發(fā)揮遙感高空間分辨率特點(diǎn)。通過數(shù)據(jù)融合，增加數(shù)據(jù)信息量。將獲取到的地物影像進(jìn)行劃分，分為水體、礦山地物、植物群體和建筑類群四種，對(duì)原始影像及四類不同地物的光譜曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終確定效果最佳的方法。

1.3 建立遙感監(jiān)測(cè)解譯標(biāo)志

礦產(chǎn)資源開采數(shù)據(jù)預(yù)處理是礦產(chǎn)開采的基礎(chǔ)，當(dāng)影像與數(shù)據(jù)預(yù)處理完畢后，根據(jù)本文研究區(qū)域內(nèi)分布的礦山環(huán)境變化問題及礦山地物四個(gè)類型，逐個(gè)對(duì)應(yīng)建立相應(yīng)的影像解譯標(biāo)志。

參考1:20萬(wàn)地質(zhì)圖基于ASTER衛(wèi)星影像圖，進(jìn)行遙感翻譯。異常區(qū)域環(huán)形構(gòu)造包括一般斷裂和環(huán)形構(gòu)造。地質(zhì)體解譯精度包括閉合地質(zhì)體和塊狀地質(zhì)體兩種，主要區(qū)別在于長(zhǎng)度和寬度不同。通常對(duì)于規(guī)模較小，在地質(zhì)圖上難以反映，但是對(duì)于開采礦產(chǎn)資源十分重要的構(gòu)造，采用人機(jī)交互解譯技術(shù)，完成對(duì)其構(gòu)造的解譯。由地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、裸露于地表的地物進(jìn)行解譯，逐步推進(jìn)到難度較大的地區(qū)，對(duì)于不確定的地質(zhì)信息，需要開展野外調(diào)查補(bǔ)充分析工作。參照建立好的礦山遙感監(jiān)測(cè)影像解譯標(biāo)志對(duì)研究影像進(jìn)行遙感解譯，根據(jù)地物的特征類型，確定地物類型的目標(biāo)物，判斷解譯過程中相應(yīng)標(biāo)志的屬性信息；對(duì)于特征不明顯的地物，不能清楚地確定其地物類型的圖斑，應(yīng)做好相應(yīng)的解譯標(biāo)記，進(jìn)一步查證確定并實(shí)地驗(yàn)證其類型。遙感監(jiān)測(cè)解譯標(biāo)志是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作，解譯過程應(yīng)充分利用資料，收集階段獲取的研究區(qū)礦產(chǎn)資源以及礦點(diǎn)的分布情況以及前期相關(guān)工作成果，必要時(shí)可以借助三維地形顯示進(jìn)行目標(biāo)物的判別。解譯工作主要針對(duì)露天采場(chǎng)、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地等面狀地物進(jìn)行，遙感監(jiān)測(cè)解譯標(biāo)志應(yīng)做到“全區(qū)覆蓋，重點(diǎn)排查礦區(qū)附近”的解譯程度。

1.4 遙感分層分類開采礦產(chǎn)資源

遙感分層分類方法是一種基于遙感監(jiān)測(cè)的開采礦產(chǎn)資源的方法。主要是對(duì)礦區(qū)地物的總體結(jié)構(gòu)逐級(jí)分類，在不同層次間加入相關(guān)的決策函數(shù)，組成遙感邏輯樹。依據(jù)傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)方法，將信息傳輸和信息體系結(jié)合建立成信息樹。由于信息是從遙感圖像數(shù)據(jù)上得到反映，因此在遙感分層分類法中，需要時(shí)刻補(bǔ)充礦區(qū)變化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)資料，逐步滿足分類的需求，得到最佳的分類結(jié)果。針對(duì)礦山目標(biāo)遙感數(shù)據(jù)的邊界信息模糊性，首先確定目標(biāo)的空間定位和邊界信息提取點(diǎn)，根據(jù)圖像檢測(cè)方法，使其礦山目標(biāo)清晰化。礦產(chǎn)資源豐富區(qū)域的地形切割強(qiáng)烈，開采目標(biāo)及礦種類型需要利用地質(zhì)地貌的標(biāo)識(shí)確定。在多金屬地區(qū)通常會(huì)出現(xiàn)登記礦種與開采礦種不一致的開采情況，我們?cè)谛畔⑻崛≈幸Y(jié)合遙感影像變化信息與地質(zhì)資料、礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)和疊加分析處理，即可確定礦山目標(biāo)的覆蓋成分與開采礦種是否一致。

基于礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境不同及其光譜特征的差異，以主成分異常門限分割法為主，利用TM數(shù)據(jù)完善礦山資源開采環(huán)境信息分層提取流程。完善后的礦山地質(zhì)環(huán)境信息提取體系。將礦業(yè)活動(dòng)區(qū)進(jìn)行劃分，基于主成分異常門限分割法，劃分為含鐵氧化物分布區(qū)，再通過遙感邏輯樹進(jìn)行分類，劃分礦區(qū)資源開采強(qiáng)度分布。此方法能夠分離礦區(qū)內(nèi)的各種成分，例如固體廢棄物、尾礦庫(kù)等，開采礦產(chǎn)資源的同時(shí)能夠治理與恢復(fù)礦山的地質(zhì)環(huán)境。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證本文提出的基于遙感監(jiān)測(cè)的礦產(chǎn)資源開采方法的有效性，將本文提出的方法與傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開采方法進(jìn)行對(duì)比。本實(shí)驗(yàn)以某礦區(qū)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，以Landsat影像數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，通過Pleiades高分辨率影像作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)礦區(qū)資源開采進(jìn)行方法檢驗(yàn)。通過遙感影像對(duì)照，獲取到分布在礦區(qū)的地表及周邊區(qū)域的物質(zhì)信息?；谶b感分層分類方法對(duì)礦區(qū)地物的總體結(jié)構(gòu)逐級(jí)分類，根據(jù)圖像檢測(cè)方法，使其礦山目標(biāo)清晰化，結(jié)合DN值的大小，區(qū)分地物的類型，獲取礦區(qū)地質(zhì)特征向量。

2.2 結(jié)果分析

將本文提出的礦產(chǎn)資源開采方法與傳統(tǒng)開采方法獲取的DN數(shù)據(jù)信息變化繪制成圖1所示。

圖1 兩種開采方法反射率變化對(duì)比

根據(jù)圖1可知，本文提出的基于遙感監(jiān)測(cè)的礦產(chǎn)資源開采方法的光譜反射率在波長(zhǎng)為1.0時(shí)，反射率較傳統(tǒng)方法的存在一定差異，傳統(tǒng)方法的反射率較低。因此，本文提出的基于遙感監(jiān)測(cè)的礦產(chǎn)資源開采方法對(duì)于開采礦產(chǎn)存在優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于遙感監(jiān)測(cè)的礦產(chǎn)資源開采方法，在礦產(chǎn)資源開采中具有一定優(yōu)勢(shì)，減少了工作人員去野外獲取信息的危險(xiǎn)性，操作更加便捷，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到礦山環(huán)境的變化信息，掌握各個(gè)礦山的開采情況。較傳統(tǒng)的方法相比，本文提出的方法在光譜反射率具有更好的優(yōu)勢(shì)，更加有利于礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)。