遙感監測在礦產資源開采中的應用研究

陳建明，關維娜，孫衛東

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

我國的礦產資源總量較大，但是由于過度開發，導致礦產資源快速消耗，短時間內難以逆轉。礦產資源是我國重要的社會經濟資源，具有不可再生、不均勻分布的特性，需要借助先進的技術開采礦產資源[1]。遙感監測與傳統的礦山監測方法不同，技術方面更加先進，不需要人工跋山涉水去檢測，主要是通過遙感器監測礦山變化數據。將獲取到的數據與信息進行處理，從中監測到礦山環境變化的信息，及時發現可以開采的礦產資源，并結合礦山環境變化進行實地考察[2]。遙感技術監測，減少了工作人員的野外工作量，降低了危險性，并且節省礦山開發活動監測的成本。遙感是不需要接觸的，遠距離操作的探測技術，通過遙感器探測被測物體的電磁波變化數據[3]。根據地理信息與國家地質變化特征，實時監測各地區的礦產資源情況，有效地控制礦產資源的過度開采。現階段，我國礦山測量中，由于客觀條件的限制，衛星技術不能及時地獲取目標礦山的影響及數據；常規的航空技術在監測數據時，由于飛行高度較高，要申請飛行許可，對礦山數據的時效性產生了一定的影響；無人機遙感器飛行高度不受限制，操作便捷，能夠保證礦山數據采集的及時性，對礦產資源開發工作的效率有很大提高。無人機遙感技術能夠避免自然因素的影響，自動化處理問題，減少了人為操作不當導致的干擾誤差，且監測成本較低，在礦產資源開采中具有重要的作用。

1 基于遙感監測的礦產資源開采方法

1.1 構建礦山開采環境變化監測模型

本文研究設計的礦山資源開采環境變化監測模型根據監測實際需求，分別以三條主線：多期遙感影像主線、多期監測成果主線、遙感影像與監測成果之間的動態監測主線，完成各個工作區數據間的變化檢測。收集工作區與礦山資源相關的影響數據、基礎的地理數據、各個礦點的分布及相應的礦權數據等，包括不同時期的遙感影像產品、地質資料、居民地分布情況等資料。對礦山開采環境變化監測是整個工作流程的核心內容，實現了多期影像、監測成果及遙感影像和監測成果之間的動態監測的礦山環境變化檢測路線。遙感的動態監測是利用不同時期的遙感影像進行的環境變化檢測，是構建模型的基礎，利用遙感數據覆蓋的監測地區及具有前期影像的長期監測區域，在不同時間發生的影像變化分析，將分析結果分類、篩選出兩地之間影像的變化信息，根據解譯圖斑的類型和變化類型進行監測。為了礦山開采環境變化監測結果更加準確，本文利用兩個時間影像數據實現圖像對圖像的變化監測，通過解譯提取兩期影像中相同標準的礦山矢量，應用影像數據對以往結果進行空間分析，實現礦山開采環境變化監測。

1.2 礦產資源開采數據預處理

基于上述構建的礦山開采環境變化監測模型，獲取到礦山的影響數據。礦山資源開采中研究的數據預處理包括兩個階段：遙感影像數據準備工作和影像空間成像的環境匹配處理。根據不同類型的遙感影像處理模型進行正射、銳化等處理，以及通過變化檢測目標物的礦產資源屬性修正。

礦產資源影像數據預處理中，受到折光、地形起伏等影響，導致影像中的像點發生幾何變形的情況。為了減小數據處理的誤差，將傳感器獲取的圖像進行空間拉伸處理，使其符合像點的標準。采用柵格數據集關聯的多項式系數與共線方程結合，使其校正結果的數據完整性升高，滿足數據控制點后進行正射校正。數據收集獲取的資料包括文字、圖片、影像等多種形式，預處理階段對其進行整理分類，轉換為圖形通過相關軟件將其數字化處理。

礦山遙感監測數據預處理通常采用多光譜遙感影像銳化處理，能夠充分發揮遙感高空間分辨率特點。通過數據融合，增加數據信息量。將獲取到的地物影像進行劃分，分為水體、礦山地物、植物群體和建筑類群四種，對原始影像及四類不同地物的光譜曲線進行統計，最終確定效果最佳的方法。

1.3 建立遙感監測解譯標志

礦產資源開采數據預處理是礦產開采的基礎，當影像與數據預處理完畢后，根據本文研究區域內分布的礦山環境變化問題及礦山地物四個類型，逐個對應建立相應的影像解譯標志。

參考1:20萬地質圖基于ASTER衛星影像圖，進行遙感翻譯。異常區域環形構造包括一般斷裂和環形構造。地質體解譯精度包括閉合地質體和塊狀地質體兩種，主要區別在于長度和寬度不同。通常對于規模較小，在地質圖上難以反映，但是對于開采礦產資源十分重要的構造，采用人機交互解譯技術，完成對其構造的解譯。由地質構造簡單、裸露于地表的地物進行解譯，逐步推進到難度較大的地區，對于不確定的地質信息，需要開展野外調查補充分析工作。參照建立好的礦山遙感監測影像解譯標志對研究影像進行遙感解譯，根據地物的特征類型，確定地物類型的目標物，判斷解譯過程中相應標志的屬性信息；對于特征不明顯的地物，不能清楚地確定其地物類型的圖斑，應做好相應的解譯標記，進一步查證確定并實地驗證其類型。遙感監測解譯標志是一項綜合性較強的工作，解譯過程應充分利用資料，收集階段獲取的研究區礦產資源以及礦點的分布情況以及前期相關工作成果，必要時可以借助三維地形顯示進行目標物的判別。解譯工作主要針對露天采場、中轉場地等面狀地物進行，遙感監測解譯標志應做到“全區覆蓋，重點排查礦區附近”的解譯程度。

1.4 遙感分層分類開采礦產資源

遙感分層分類方法是一種基于遙感監測的開采礦產資源的方法。主要是對礦區地物的總體結構逐級分類，在不同層次間加入相關的決策函數，組成遙感邏輯樹。依據傳統的地質學方法，將信息傳輸和信息體系結合建立成信息樹。由于信息是從遙感圖像數據上得到反映，因此在遙感分層分類法中，需要時刻補充礦區變化監測的數據資料，逐步滿足分類的需求，得到最佳的分類結果。針對礦山目標遙感數據的邊界信息模糊性，首先確定目標的空間定位和邊界信息提取點，根據圖像檢測方法，使其礦山目標清晰化。礦產資源豐富區域的地形切割強烈，開采目標及礦種類型需要利用地質地貌的標識確定。在多金屬地區通常會出現登記礦種與開采礦種不一致的開采情況，我們在信息提取中要結合遙感影像變化信息與地質資料、礦產資源規劃數據，進行空間關聯和疊加分析處理，即可確定礦山目標的覆蓋成分與開采礦種是否一致。

基于礦區地質環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數據完善礦山資源開采環境信息分層提取流程。完善后的礦山地質環境信息提取體系。將礦業活動區進行劃分，基于主成分異常門限分割法，劃分為含鐵氧化物分布區，再通過遙感邏輯樹進行分類，劃分礦區資源開采強度分布。此方法能夠分離礦區內的各種成分，例如固體廢棄物、尾礦庫等，開采礦產資源的同時能夠治理與恢復礦山的地質環境。

2 實驗分析

2.1 實驗準備

為了驗證本文提出的基于遙感監測的礦產資源開采方法的有效性，將本文提出的方法與傳統的礦產資源開采方法進行對比。本實驗以某礦區作為實驗區域，以Landsat影像數據作為數據源，通過Pleiades高分辨率影像作為檢驗數據，對礦區資源開采進行方法檢驗。通過遙感影像對照，獲取到分布在礦區的地表及周邊區域的物質信息。基于遙感分層分類方法對礦區地物的總體結構逐級分類，根據圖像檢測方法，使其礦山目標清晰化，結合DN值的大小，區分地物的類型，獲取礦區地質特征向量。

2.2 結果分析

將本文提出的礦產資源開采方法與傳統開采方法獲取的DN數據信息變化繪制成圖1所示。

圖1 兩種開采方法反射率變化對比

根據圖1可知，本文提出的基于遙感監測的礦產資源開采方法的光譜反射率在波長為1.0時，反射率較傳統方法的存在一定差異，傳統方法的反射率較低。因此，本文提出的基于遙感監測的礦產資源開采方法對于開采礦產存在優勢。

3 結語

本文提出的基于遙感監測的礦產資源開采方法，在礦產資源開采中具有一定優勢，減少了工作人員去野外獲取信息的危險性，操作更加便捷，能夠實時監測到礦山環境的變化信息，掌握各個礦山的開采情況。較傳統的方法相比，本文提出的方法在光譜反射率具有更好的優勢，更加有利于礦產資源的合理開發。