山東省重點地區礦產勘查開采遙感動態監測探析

陳玉成，楊逸飛，彭慧妍，張允濤

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

礦產資源的開發，為全省經濟的快速發展奠定了重要的物質基礎。但是隨著工業化、城市化進程的不斷加快，礦產資源供需形勢和礦產資源開發管理仍然面臨挑戰；受利益驅動，無證開采、盜采亂挖、超層越界、以采代探等現象時有發生[1]；部分礦政管理機構承擔的職責、任務與人力不相適應，管理方式與新形勢要求還有差距。這些問題成為制約山東省礦業乃至全省國民經濟和社會可持續發展的重要因素，需要采取有效措施切實加以解決。在此形勢下山東省開展了礦產勘查開采遙感動態監測工作，目的是利用以衛星遙感為主的現代技術手段對監測區礦產資源勘查開采進行監測，為國土資源管理部門及時提供礦產資源勘查開采的動態變化信息和疑似非法采礦目標[2]，同時配合全省監督管理礦產資源開發秩序的行動，為礦政管理及時提供信息化服務，建立和完善全省礦產資源長效監管機制。

1 工作現狀

山東省2007年在蒼山地區部署開展了礦產勘查開采遙感動態監測試點示范，得到了國土資源部門領導的高度評價，成果經鑒定達國際先進水平。蒼山試點成功后，山東省在全省基巖裸露區開展了多輪次礦產勘查開采遙感動態監測，及時發現了各類違法勘查開采礦產資源行為，為監測區礦產資源監管提供了第一手動態信息和監管依據。

2 必要性和重要性

傳統的礦山開采監管方法，如日常監督，定期、不定期檢查，突擊檢查，專項整頓，依法按照舉報和線索查處違法案件等，主要以地面人力常規調查方式進行。不僅耗費了大量的人力物力，而且由于山區目標隱秘難尋，容易出現檢查死角，并且由于缺乏遙感等先進技術手段，難以大范圍對礦產資源開發狀況進行直觀監控。礦產勘查開采遙感動態監測技術的應用，可有效的解決常規巡查熱點礦種地區、偏遠地區或行政區域交界處難到位，礦山數量眾多、規模小、布局分散，礦政管理機構人力不足等問題。

礦產勘查開采遙感監測工作的開展成效顯著：①為礦產資源管理部門行使政府職能、整頓礦業秩序、合理開發礦產資源，保護地質環境提供準確有效的基礎數據;②利用遙感技術進行監測，減少了野外工作量，提高了工作效率;③礦山遙感監測成果的應用，極大地震懾了礦業違法活動，也使得地方國土資源管理部門可以有針對性地及時處理礦業違法行為;④礦山遙感監測及時發現、快速出擊能夠提高礦政管理效率，覆蓋面廣，客觀真實，切實減少人為因素干擾[3]。

3 工作內容

3.1 資料收集與選擇

數據的來源分為衛星遙感數據源和基礎數據源，為保證判讀精度及成圖的需要，數據需要具有統一的數學基礎。項目平面采用1980西安坐標系，高斯-克呂格投影，3°分帶，國家標準中央子午線；高程采用1985國家高程基準；成圖比例尺為1∶1萬。

3.1.1 衛星遙感數據源

應根據遙感監測目標、信息提取的類型、內容、目的，選用可以提取所需目標地物屬性信息并滿足要求精度的傳感器(全色、多光譜和SAR等)作為數據源；遙感影像時相應根據提取的內容、目的，選擇最佳季節，以能夠分辨監測目標地物屬性信息的變化；圖像的云覆蓋率不超過10%，相鄰圖像之間應有不小于圖像寬度4%的重疊，且層次豐富、圖像清晰；遙感影像空間分辨率要滿足專題地圖的成圖比例尺要求。

3.1.2 基礎數據源

收集監測區最新采礦權登記庫數據、圖件印刷版和電子版，監測區最新探礦權登記庫數據、圖件印刷版和電子版，最新版1∶1萬、1∶5萬紙質地形圖及全要素數字化地形圖，監測區礦產資源規劃數據、圖件印刷版和電子版，測量相關資料，人文相關資料，項目需要其他資料。

3.2 遙感圖像處理

遙感圖像在獲取過程中由于多種原因導致目標物相對位置的坐標關系在圖像中發生變化，主要由傳感器自身的性能、結構及傳感器以外的其他因素引起[4]。為了獲得最佳判讀效果，需要將遙感彩色影像，進行影像融合、幾何校正、影像鑲嵌、圖像增強等處理，以提高影像判讀性，為解譯判讀做好準備。

3.2.1 影像融合

不同傳感器獲取的信息有不同的特點。有的光譜分辨率高但幾何分辨率低，有的恰恰相反。工作中可將不同數據類型融合成一幅圖像。首先通過幾何校正使兩幅圖像所對應的地物吻合(分辨率以高分辨率的圖像為準)，再對多光譜的所有波段進行主成分變換，然后用該影像代換變換后的多光譜的某個主成分，將代換后的所有波段再作一次主成分變換的反變換。這樣既保持了原有數據的光譜分辨率，又增加了全色影像的高空間分辨率的特點，大大提高了數據質量。工作過程中要求將圖像融合配準中誤差控制在0.5個像元之內，融合后的信息損失量小于30%。

3.2.2 幾何校正

遙感圖像經過系統幾何處理校正后，基本消除了傳感器、衛星軌道及姿態、地球曲率等產生的幾何誤差。為提高數據精度，工作過程中，在整幅圖像上選取足夠多、均勻分布的已知地面控制點，對圖像作進一步更精確的幾何校正，使圖像的各個像元在地面上精確定位，建立圖像上的各個像元與其他地物點準確映射關系，即建立起圖像坐標與地面坐標之間的數學關系式，要求將幾何校正中誤差控制在2個像元之內。

3.2.3 影像鑲嵌

由于衛星影像呈塊狀提供，需要將多幅影像鑲嵌在一起，工作中利用了數字鑲嵌方法。項目以市級行政區為單位，首先采用幾何校正方法使兩幅相鄰圖像在幾何上配準，選擇一幅圖像作為基準圖像，將其他圖像進行直方圖匹配等處理，相同地物的色調或平均灰度值一致。為提高鑲嵌精度，防止圖像邊緣出現扭曲，重疊區寬度應符合相關要求。對重疊區內待拼圖像灰度值按距離進行加權平滑，使相鄰兩幅圖像數據之間的配準誤差不超過一個像元，圖像接縫處無明顯灰度差異，較好的實現“無縫”鏈接。

3.2.4 圖像增強

為突出礦山開采等有用的信息，而抑制無用的信息，并使原來不清晰的圖像變得清晰，提高圖像的識別率，工作中先進行了圖像的恢復處理，然后再選用了合適的方法進行了圖像的增強處理。通過圖像增強，使礦山信息更加突出，圖像可判度提高，從而提高了解譯準確度[5]。

3.3 遙感解譯

3.3.1 遙感解譯標志

為建立監測區礦山解譯標志，首先將監測區登記礦山信息與衛星影像疊加，并進行實地調查，然后根據實地情況針對典型礦山從其色調、形狀、紋理、大小、陰影等方面進行影像特征分析，建立各自直接解譯標志(表1)，再從道路、植被、環境、地質、人文等方面進行影像特征分析建立各自間接解譯標志(表2)，最終逐一建立起監測區各礦種礦山的解譯標志。對于SPOT等中高分辨率遙感圖像，可清楚地觀察到豐富的相關信息，采用直接解譯標志就可以達到一般解譯要求；采礦圖斑的間接解譯標志如人工活動痕跡，對采礦圖斑開采狀態判斷也非常重要。例如：采礦區的非法開采往往伴隨著植被的破壞、山體的亂掘、臨時道路、采礦設施活動、礦渣堆積等現象的出現。

表1 采礦圖斑的直接解譯標志

表2 采礦圖斑的間接解譯標志

3.3.2 遙感解譯判讀

判讀以影像特征為基礎，利用直接解譯標志與間接解譯標志，綜合多學科、多手段信息，進行相關分析，逐景圖像進行判讀。單景圖像判讀時，先進行宏觀觀察，掌握其整體的特征，先易后難，從淺入深，分別識別出地物的屬性及勾畫出其分布范圍和界線，并用統一的符號和線條標示清楚，繪制出判讀草圖。判讀過程中，充分利用了以往監測成果及收集的地形圖、專題圖和文字材料等已知資料。

判讀過程中，對于重要的地物、現象，以及判讀與解譯不清有疑問的地方，加以特別的標記，采用現場勘測方法解決。通過野外核查對照的方式，校核室內判讀結果，補測必要的實地數據等，使圖像判讀質量得到進一步提高。

3.4 野外實地核查及內業修正

工作人員攜帶相關資料，對全部疑似采礦圖斑進行實地調查驗證，驗證解譯圖斑是否準確，查清圖斑開采現狀、開采礦種、占地及礦山地質環境等要素。項目組根據資料核實判斷錯漏的圖斑及屬性，進行數據驗核、補漏，并將監測結果數據入庫、統一匯總；利用數據庫專題要素的統計結果，結合礦山開采規劃和礦政執法管理全面、快捷、準確的要求，著手編制各區綜合礦山等多信息要素專題圖(表3)。

表3 各類圖斑野外核查判斷標準

3.5 礦山開采動態監測數據庫建設及應用

利用三維地理信息平臺進行采礦類專題信息疊加，構建基于空間地理信息的礦山開采數據庫。可直接顯示監測區礦山、采礦點及礦山環境圖斑空間分布現狀和動態環境，為監測區礦產資源合理開發利用、查處非法采礦，提供宏觀、逼真、形象的定性、定量三維分析查詢及管理支撐(圖1)。

圖1 三維立體景觀

3.6 監測成果統計與分析評價

將野外核查確認得出的各重點地區礦山開采遙感動態監測變化情況，按礦種類型、開采現狀等分別進行匯總統計，以得出各地區礦山的開采動態變化數據。

4 注意事項

4.1 采礦圖斑的分類原則

采礦圖斑分類應遵循便于對被監測礦山進行分類分析、統計和管理的原則進行。采礦圖斑按照登記情況、開采礦種、開采方式、開采現狀、疑似非法類型等進行分類；其他圖斑按照實際情況分類。

4.2 數據服務拓展探索

用于礦山監測的遙感數據種類豐富、分辨率高、信息量好，可以多期次提供給社會各界，廣泛用于土地監測調查、城鄉規劃、生態環境和地質災害監測調

查等諸多領域，因此監測工作中要利用遙感數據寬泛應用領域優勢，重視拓寬數據的利用，讓這些數據發揮更大的社會效益和經濟效益[6]。

5 結語

傳統的以人力巡查為主的礦產開發監管手段，不僅會造成人力物力的大量浪費，并且也很難適應社會科技化、信息化的發展對礦政管理的新需要。該文結合近年來山東省利用衛星遙感技術進行的礦產勘查開采動態監測工作取得的成功經驗，對工作的主要內容以及相關技術要求進行了總結，不僅對今后一段時間山東省的相關工作具有指導作用，而且對于全國其他地區開展的類似工作具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 徐孟軍，蔡廣銀，張增奇，等. 基于震源定位技術的地下開采礦山實時監測系統研究及應用[J].山東國土資源，2012，28(10)：42-45.

[2] 李曉琴，吳小英，蘇新旭，等.遙感技術在礦產資源開發狀況動態監測中的應用[J].城市地質，2009，4(2)：40-46.

[3] 周進生，牛建英，朱瑞兵，等.關于礦山遙感監測實施效果評估的思考[J].資源與產業，2012，14(4)：96-100.

[4] 農峰.基于SPOT5實驗的高分辨率遙感影像糾正方法研究[J].科技資訊，2013，(12):44-45.

[5] 梁成仁，張翔.圖像增強技術的分析與研究[J].科技廣場，2006，(4)：56-58.

[6] 王曉紅，聶洪峰，楊清華，等.高分辨率衛星數據在礦山開發狀況及環境監測中的應用效果比較[J].國土資源遙感，2004，(1)：15-20.