陳怡凡

（內(nèi)蒙古科技大學(xué),內(nèi)蒙古 包頭 014010）

礦產(chǎn)資源因其重要性成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)準(zhǔn)，但在保障礦產(chǎn)資源開采的同時(shí)，對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了極為不利的影響。在過去的幾十年里，由礦產(chǎn)開采引起的環(huán)境問題十分嚴(yán)重，情況復(fù)雜多樣，包括全國(guó)各地不同地區(qū)的不同礦山[1]。地面塌陷、土地破壞、山體塌陷、滑坡等自然災(zāi)害都對(duì)人們的生活造成了很嚴(yán)重的影響。財(cái)產(chǎn)安全和生活秩序正常已成為制約大部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素。

由于自然環(huán)境面積很大，因此很難綜合采用雷達(dá)等高精度技術(shù)手段定期進(jìn)行大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的礦山監(jiān)測(cè)通常使用土地資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)來發(fā)現(xiàn)問題，其進(jìn)行生態(tài)環(huán)境問題的綜合監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、效率低。因此，需要尋找一種低成本、便捷、適合快速大面積作業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方式，來促進(jìn)礦產(chǎn)資源開發(fā)。生態(tài)環(huán)境保護(hù)是我國(guó)亟待解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一[2]。

1 智能遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1.1 采集礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)采集是整個(gè)研究的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和采集到的數(shù)據(jù)完整性直接關(guān)系到后續(xù)工作能否順利完成。本研究中的數(shù)據(jù)采集是指廣義上的數(shù)據(jù)采集，包括影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等。必須從數(shù)據(jù)公司訂購(gòu)用于變化監(jiān)測(cè)操作的遙感圖像數(shù)據(jù)，以及完整的文件參數(shù)和圖像產(chǎn)品，例如全色帶和多光譜帶[4]。

道路數(shù)據(jù)用于實(shí)地勘察中的路線規(guī)劃，還可以識(shí)別與道路相關(guān)的特定礦山目標(biāo)，以及區(qū)分因道路延伸而引起的變化等。水體分布數(shù)據(jù)代表自然或人造水體的位置，例如河流和湖泊。流域分布等，了解水體分布有助于區(qū)分水體季節(jié)性波動(dòng)引起的變化信息。

采礦數(shù)據(jù)主要是指研究區(qū)兩個(gè)時(shí)期的采礦權(quán)、采礦點(diǎn)分布、土地占用等與采礦開發(fā)活動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)。采礦權(quán)數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)采礦目標(biāo)的變化和判斷是否違法方面起著非常重要的作用，包括工作區(qū)的礦山所有權(quán)、探礦權(quán)、采礦權(quán)以及不同時(shí)期其他礦山的分布位置。雷場(chǎng)、礦源的分布隨時(shí)間變化而變化，遙感影像中的地雷數(shù)量和地雷邊界范圍隨時(shí)間變化而變化。因此，變化監(jiān)測(cè)作業(yè)的采礦權(quán)數(shù)據(jù)應(yīng)與當(dāng)前作業(yè)的兩個(gè)時(shí)期相匹配，以此來描述作業(yè)區(qū)的主要監(jiān)測(cè)狀況，并從采礦權(quán)數(shù)據(jù)中提取出范圍內(nèi)采礦企業(yè)的主要活動(dòng)方式，從而明確采礦會(huì)發(fā)生的環(huán)境問題。

對(duì)于一些初步開展礦山監(jiān)測(cè)工作的研究領(lǐng)域，生成的監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)可以為研發(fā)提供極大的便利。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括解釋圖表、采礦活動(dòng)分布和礦權(quán)分布，都是非常寶貴的數(shù)據(jù)材料。文件資料可以按照工作區(qū)的分布、地質(zhì)情況、相應(yīng)的地理和人文環(huán)境，以及礦山的分布和存在的主要問題進(jìn)行分類。紙質(zhì)成果圖如礦山開采分布活動(dòng)區(qū)，必須轉(zhuǎn)換成光柵形式，還需要經(jīng)過嚴(yán)格的登記和修改，以備后續(xù)使用，電子地圖經(jīng)過一些調(diào)整后可直接用于監(jiān)測(cè)分析。

1.2 進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理

礦山環(huán)境變化監(jiān)測(cè)研究的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括兩步，單場(chǎng)景遙感影像和多遙感影像重匹配處理。遙感圖像受到相機(jī)軸傾斜影響，因此需要進(jìn)行正交校正。正交校正是通過考慮位置、高程和傳感器信息來減少由地形引起的幾何誤差并拉伸圖像以適應(yīng)地圖的空間精度來創(chuàng)建細(xì)化柵格數(shù)據(jù)集。

標(biāo)定方法有很多，高精度校準(zhǔn)結(jié)果主要基于數(shù)據(jù)完整性要求非常高的復(fù)雜衛(wèi)星參數(shù)模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木仁艿匦魏涂刂泣c(diǎn)的限制。

多光譜遙感影像常用于礦山遙感監(jiān)測(cè)作業(yè)，以方便遙感解譯和特征識(shí)別。泛色銳化合并包含高分辨率泛色柵格數(shù)據(jù)集和低分辨率多波段柵格數(shù)據(jù)集。要?jiǎng)?chuàng)建具有全色網(wǎng)格分辨率的真彩色圖像需要利用數(shù)據(jù)融合來增加數(shù)據(jù)的信息儲(chǔ)備量。使用Pan-sharpen等方法融合多光譜圖像可以提高圖像的空間分辨率，進(jìn)而改進(jìn)圖像變化監(jiān)測(cè)和接地中物體識(shí)別的準(zhǔn)確性。根據(jù)典型的遙感分析目標(biāo)類型，將影像特征分為水分布特征、礦井特征、植被和建筑物這幾類特征，原始多光譜影像中這幾類特征的光譜曲線融合圖像的繪制方式不同，需要統(tǒng)計(jì)和比較來確定最佳的方法。

1.3 智能遙感分析礦山地質(zhì)矢量數(shù)據(jù)空間

監(jiān)測(cè)圖像之間的變化涉及檢測(cè)時(shí)量空間變化，包括分析差異和劃分矢量圖形這兩個(gè)階段的分配屬性?？偨Y(jié)實(shí)際礦山遙感矢量分析工作，將矢量空間對(duì)應(yīng)的分類規(guī)則劃分。無(wú)論是多種工具的組合還是獨(dú)立的綜合研發(fā)，矢量圖形中的變化監(jiān)測(cè)都需要注意從監(jiān)測(cè)結(jié)果中去除碎片化數(shù)據(jù)。碎片數(shù)據(jù)由于解釋者的運(yùn)動(dòng)誤差呈現(xiàn)出相同的結(jié)果，結(jié)果的兩個(gè)階段的地物邊界不完全重合，因此被認(rèn)為是空間計(jì)算過程中保持的變化信息的一部分。

出現(xiàn)圖形變化更新或減少的情況，可根據(jù)前后光點(diǎn)的分布情況進(jìn)行判斷，變化的光點(diǎn)應(yīng)根據(jù)兩步的類型屬性進(jìn)行進(jìn)一步判斷。由于矢量圖形的特殊屬性，在進(jìn)行空間分析時(shí)需要注意其屬性。與圖像之間變化監(jiān)測(cè)相比，矢量圖形中的變化信息簡(jiǎn)單且易于提取，由于矢量圖形的兩個(gè)階段在變化監(jiān)測(cè)之前都有特殊的屬性信息。該信息提供了四種常用的圖像操作方法用于圖像的變化監(jiān)測(cè)。主成分變化監(jiān)測(cè)可以將遙感圖像的多波段信息集中到變化監(jiān)測(cè)中，適用于遙感圖像之間的變化監(jiān)測(cè)。

1.4 監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的變化閾值

每種變化監(jiān)測(cè)方法的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)不同，對(duì)比變化監(jiān)測(cè)結(jié)果的像素值分布，可以看出其他方法得到范圍和分布形式大。因此必須選擇一種客觀的方法來劃分閾值并去除閾值劃分的誤差。在這個(gè)階段，閾值劃分有兩種方法，第一是基于統(tǒng)計(jì)的自然不連續(xù)性和標(biāo)準(zhǔn)偏差，第二是自然間斷分類，根據(jù)閾值的分布，可以通過選擇高值或低值來改變其具體范圍，其偏差分為均值和特殊值。

變化監(jiān)測(cè)的結(jié)果也因變化監(jiān)測(cè)的方法而異。歐氏距離法、主成分分析法、多波段主成分法都可以有效地發(fā)現(xiàn)研究區(qū)采礦活動(dòng)變化區(qū)域在地圖上的變化。從比例上看，多波段主成分變化探測(cè)法探測(cè)到的圖案集中在礦層分布范圍內(nèi)，從變化區(qū)域與礦物的相關(guān)比來看，多波段主成分變化監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)到的地域更大，主要集中在礦區(qū)周圍，更貼近整個(gè)研究區(qū)礦區(qū)環(huán)境變化的需要。考慮到礦區(qū)的實(shí)際情況，建議采用多波段主成分變化監(jiān)測(cè)方法來監(jiān)測(cè)。

根據(jù)圖像之間的計(jì)算監(jiān)測(cè)變化的結(jié)果，得出單波段灰度圖像。像素值等于顯示變化的強(qiáng)度，包括背景信息和變化對(duì)象的分布同樣需要改變。不僅如此，還可以通過設(shè)置該閾值來進(jìn)行初步分析，將目標(biāo)與背景信息分離?，F(xiàn)有閾值是通過采集訓(xùn)練樣本或根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)的分離閾值來建立的。閾值的準(zhǔn)確性有效地將操作者的實(shí)際工作變化信息與背景信息區(qū)分開來。

1.5 提取礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)專題要素

植被覆蓋范圍因地區(qū)和季節(jié)而異，如果工作場(chǎng)所的兩幅遙感影像植被覆蓋度存在較大差異，此時(shí)會(huì)受到干擾信息影響。陰影是自然界中的一種常見現(xiàn)象，陽(yáng)光照射在地物表面，由光線的入射角和地上的障礙物形成陰影。由于太陽(yáng)在不同時(shí)間的仰角不同，遙感圖像具有不同形式的陰影。為了提高遙感監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，如果遙感檢測(cè)畫面中顯示出了陰影，則需要及時(shí)處理。

在調(diào)查時(shí)，如果調(diào)查區(qū)域的地形復(fù)雜，有很多高低均勻的地形，此時(shí)就需要格外注意陰影問題，需要提前對(duì)陰影進(jìn)行預(yù)處理，將陰影邊界弱化后提取其邊緣，從而建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，并使用相應(yīng)的算法處理。在實(shí)際礦山遙感監(jiān)測(cè)工作中，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦山的遙感地形還會(huì)受到季節(jié)影響，主要因?yàn)椴煌募竟?jié)降雨量不同，礦山的水體面積自然不同，這些變化可能會(huì)對(duì)水體的分布產(chǎn)生不利影響。因此在進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)時(shí)，需要利用預(yù)先設(shè)定的傳感器獲取此時(shí)地表的具體狀況。

2 實(shí)例

2.1 X礦山現(xiàn)狀

X礦山位于某城市的東北部，其礦區(qū)處于整個(gè)山體的中間位置，該礦山地質(zhì)背景復(fù)雜，雨季集中，礦區(qū)內(nèi)以山地為主，多分布金屬礦產(chǎn)和石料廠，且開采方式以露天開采為主，綜合多方面因素，研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害較多，滑坡以及泥石流等問題居多，會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。

2.2 應(yīng)用智能遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果

使用智能遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)X礦山的地質(zhì)環(huán)境，監(jiān)測(cè)到的畫面如下圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)畫面

根據(jù)圖1可知，遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)到的畫面清晰，可以很好地監(jiān)測(cè)X礦山的地質(zhì)環(huán)境，因此具有提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以有效地避免礦山災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)也可以減少災(zāi)害造成的人員傷亡問題，遙感技術(shù)的整個(gè)監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)，應(yīng)用在目前的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，經(jīng)過實(shí)例分析證明其監(jiān)測(cè)畫面清晰，可以有效地提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度，有一定的應(yīng)用價(jià)值，但由于礦山的環(huán)境受環(huán)境變化影響，在環(huán)境改變時(shí)，還需進(jìn)行多次監(jiān)測(cè)，從而得出最準(zhǔn)確的礦山地質(zhì)環(huán)境遙感圖。