矿山开发状况遥感监测技术的应用*

朱俊凤，王耿明

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

矿山开发状况遥感监测技术的应用*

朱俊凤，王耿明

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

论述了矿山开发状况遥感监测的数据源、技术路线和技术方法，并重点探讨和总结了不同开采方式、不同遥感数据类型的矿山开发状况遥感解译方法，主要结论有：对于露天开采矿山，在高、中分辨率遥感影像上，采用直接解译方法，在低分辨率遥感影像上，采用间接解译方法；对于地下开采矿山，在高分辨率影像上，采用直接解译方法，在中、低分辨率影像上，采用间接解译方法；多期影像对比分析是重要的间接解译方法。最后对应用中存在的问题给出了建议。

矿山开发；遥感监测；遥感解译方法；影像对比分析

0 引言

遥感技术具有宏观、动态、客观等优点[1]，利用遥感技术，开展矿产资源开发状况遥感调查与监测，获取矿产资源开发状况的第一手资料，能够为整顿和规范矿产资源开发秩序提供技术支撑，实现对区域矿山开发秩序的有效监管，推动矿山的健康和可持续发展[2-3]。

目前用于矿山开发状况调查的遥感数据种类多样，空间分辨率从0.5 m到5 m不等，色彩上有模拟真彩色影像和黑白影像，同一类开采矿山在不同遥感影像上的特征往往不一样，同时不同的开采矿种、不同开采方式的矿山在同一种类遥感影像上的表现特征也不一样。因此，矿山开发状况遥感调查与监测的解译标志多样，解译方法多样。本文以广东省矿山环境监测项目为例，论述了矿山开发状况遥感监测的数据源、技术路线和技术方法，并重点探讨和总结了不同开采方式、不同遥感数据类型的矿山开发状况遥感解译方法，最后对应用中存在的问题提出了一些建议。

1 遥感数据源

“广东省矿山开发状况遥感调查与监测”、“广东省矿山环境监测” 项目从2012年度开始，目前已开展了3个年度，其遥感数据来源于全国土地变更调查与监测遥感数据，为正射校正数据，数据种类包括：Pleiades 1(P1)、WorldView1(WV1)、WorldView2(WV2)、WorldView3(WV3)、GeoEye1(GE)、QuickBird(QB)、Ikonos(IK)、SPOT5、SPOT6、高分1(GF1)、资源3(ZY3)、天绘(TH1)、资源1号02C(02C)、RapidEye(RE)、遥感2(YG2)、遥感8(YG8)、遥感14(YG14)等。按空间分辨率的大小，将以上数据大致分为3类：

1)高分辨率数据：空间分辨率优于1 m的数据，包括P1、WV1、WV2、WV3、GE、QB、IK。该类数据整体质量良好，纹理清晰、色彩均匀、反差适中，不仅能够识别露天开采的采场、堆场、矿山建筑，对地下开采矿山也有很好的反映[4-5]。

2)中等分辨率数据：空间分辨率为1.5 m～2.5 m，包括SPOT5、SPOT6、GF1、ZY3、TH1、02C。该类数据对地下开采的解译较为困难，但对露天开采有较为直观的反映[6-7]。

3)低分辨率数据：空间分辨率为5 m，包括RE、YG2、YG8 、YG14。该类数据空间分辨率较低，纹理信息较差。

2 技术路线

在建立解译标志的基础上，采用人机交互解译的方法提取矿山开发状况信息，在与广东省年度采矿权、探矿权综合对比分析的基础上，提取年度矿产疑似违法勘查、开采图斑类型、数量、涉及矿种等，并进行野外实地核查，形成矿产疑似违法图斑统计汇总表，编制矿产疑似违法图斑分布图[8]。矿山开发状况信息提取技术流程，如图1。

图1 技术流程图Fig.1 Technical route

3 遥感信息提取方法

3.1 信息提取内容

矿产资源开采状况遥感调查的解译内容主要包括：

1)矿产资源开采点(或面)位置(井口、硐口、露天采场、活动采区)；

2)开采状况(开采、停产或关闭)；

3)开采矿种(铁、铅锌等)；

4)开采方式(露天、地下、联合)；

5)开采秩序(越界开采、无证开采等)。

3.2 解译标志建立

根据遥感影像色彩、形状、大小、影纹、位置等，建立矿产资源开采点(或面)位置、开采状态(正在开采、停采或关闭)、开采矿种等的解译标志。由于遥感数据多样、开采矿种多样，因此不可能建立所有矿种所有遥感数据的解译标志，只能建立一般、通用解译标志，具体如下：

1)正在开采矿山：露天开采矿山开采面在遥感影像色调上呈现白、白灰、灰色调，比周围地形要低，纹形粗糙，正在开采矿山有道路穿插采场中，在高分辨率影像上可见运输车和挖掘机、矿山建筑等。在中低分辨率影像上，对于小型矿山或不能直接判定开采状况的，可通过多期影像对比判定。

2)关停或废弃矿山：首先，通常情况下停采场含水量比正在开采的采场要高，采坑可见积水，遥感影像上其色调要比正在开采的采场暗，其次，不可见钩机、车辆。多期影像对比没有变化或变化不大。

3)硐口位置判断：地下开采的硐口位置比较隐蔽，直接判定较为困难，可采用间接标志进行判断，如硐口附近的断头轨道或道路，部分搭建有条状工棚，矿石堆、固体废弃物堆场，运矿车等(见图2)。

图2 地下开采矿山遥感影像及野外照片Fig.2 Remote sensing image and field photos of underground mine

3.3 遥感解译方法

3.3.1 直接解译

对于露天开采矿山，在高分辨率遥感影像上，矿山采场、矿山建筑、矿山道路、固体废弃物等都有明显解译标志，正在开采矿山还可见运输车辆、矿山机械、钩机等，影像特征明显，结合采矿权、探矿权信息，一般可以直接判定是否为疑似违法开采矿山。在中等分辨率遥感影像上，大型露天开采矿山的采场、矿山建筑、矿山道路等也较为明显，可以通过直接解译的方式判定是否为疑似违法开采矿山。在低分辨率遥感影像上，矿山开采痕迹不明显，通常要借助间接解译方式进行解译。

对于地下开采矿山，在高分辨率影像上，矿山建筑、矿山道路、中转场地、固体废弃物等有明显解译标志，借助条带状铁轨、硐口处的固体废弃物堆场能判定硐口位置，有时还能直接圈定硐口位置，如山体边缘的细小阴影就很可能为硐口，通过影像的色调、影像上的车辆等可以直接判定开采状态以及是否为疑似违法开采图斑。在中、低分辨率影像上，地下开采矿山的开采状态难以直接判定，需要间接解译。

3.3.2 影像对比分析

对于难以直接解译的矿山开发状况，多期影像对比分析是判定矿山开发状况的重要方法。多期影像对比分析方法主要针对两种情况：一是新增图斑，二是扩大图斑。新增图斑是指在上一年度没有剥土痕迹，而在该年度有剥土痕迹，且能够判定该剥土不是由于开荒种植、地质灾害等造成。新增图斑一般有道路通达。表1上排图像为新增图斑两期影像对比变化和野外照片，前一年度为2013年度，后一年度为2014年度，从影像对比变化可以看出，上排图斑两期影像对比没有变化，下排图斑两期影像对比为新增图斑，且有道路通达，从图斑开采痕迹判断为陶瓷土，野外实地调查该图斑开采面新鲜，钩机痕迹明显，为无证开采陶瓷土。扩大图斑是指该年度图斑范围比上一年度有明显扩大，且图斑色调呈现白、灰白，正在开采可能性大。表1下排图像为扩大图斑的两期影像对比变化和野外照片，前一年度为2013年度，后一年度为2014年度，从图中可以看出2014年度图斑有明显扩大，且影像色调发白，有道路通达，从图斑开采痕迹判断为陶瓷土，野外实地调查该图斑开采面新鲜，钩机痕迹明显，为无证开采陶瓷土。

表1 影像对比分析和野外照片Tab.1 Images’ contrast analysis and field photos

3.3.3 开采矿种判定

开采矿种的判定主要结合采矿权、探矿权、广东省矿产资源分布特点、遥感影像特征等进行综合判定。露天开采矿山多为砂、石、粘土、陶瓷土、稀土、铁矿等，地下开采多为铅锌矿、钨矿等，石场、陶瓷土、稀土、铁矿等影像特征明显，矿种判定较为容易，室内解译不能判定的，根据野外调查进一步判定。

4 存在问题与建议

4.1 存在问题

通过3个年度的广东省矿山开发状况遥感调查与监测的开展，取得了一系列成果，但也还存在一些问题，主要有：

1)解译结果准确性和解译人员专业知识、影像分辨率等有较大关系。同一片区域、同一类遥感影像数据，专业知识欠缺的人去解译，解译结果往往错判、漏判率较高，而专业知识扎实的人解译结果准确率往往较高。对于高分辨率影像分布区域，各类解译标志明显，解译结果准确率高，中等分辨率影像分布区域，露天开采矿山解译结果准确率高，而地下开采矿山解译结果准确率相对要低，低分辨率影像分布区域无论对于露天开采矿山还是地下开采矿山解译结果漏判、错判率都相对较大。

2)开采周期短、工艺简单的矿种，如建材类、陶瓷土、稀土等，年底野外调查时往往已开采完毕或没有人员、设备，未能及时发挥遥感监测的作用。建材类、陶瓷土、稀土等矿山，开采周期短、工艺简单，往往几个月就开采完毕，而野外调查一般在当年的年底和第二年年初进行。因此，野外调查时，疑似违法开采点已没有开采人员或设备，导致违法主体不明，给有效打击违法开采人员带来难度，也未能及时发挥遥感监测的作用。

4.2 建议

针对上述问题，笔者提出了几点建议：

1)针对解译结果和解译人员专业知识、影像分辨率等有较大关系的问题，建议一方面建立系统的矿山开发状况遥感调查与监测技术标准，加强专业技术人员培训，另一方面在开展野外调查时相应加大中低分辨率影像分布区域的野外调查力度，特别是对于地下开采矿山区域[9]。

2)针对开采周期短、工艺简单的矿种，建议开展动态监测，哪个区域收集到数据，哪个区域就优先开展遥感监测，不必等到全省数据都收集完毕、年底再开展，争取每年能有3～4次的监测。随着国产卫星数据越来越多，如资源一号02C[10]、高分系列、资源3号、天绘系列、遥感系列卫星等，遥感数据获取的能力越来越大，这一需求完全能够满足，也能极大地促进国产卫星的应用。

5 结论

本文论述了矿山开发状况遥感监测数据源的种类、技术路线和技术方法，并重点探讨了不同开采方式、不同遥感数据类型的矿山开采状况遥感解译方法以及应用中还存在的问题与建议，得出如下结论：

1)对于露天开采矿山，在高、中分辨率遥感影像上，可以采用直接解译方法，在低分辨率遥感影像上，采用间接解译方法。

2)对于地下开采矿山，在高分辨率影像上，可以采用直接解译方法，在中、低分辨率影像上，采用间接解译方法。

3)多期影像对比分析是判定矿山开发状况的重要间接解译方法。

4)为了提高遥感解译的准确率，工作中要强化技术标准建立，加强专业技术人员培训，中、低分辨率影像分布区域要相应加大野外调查力度。

5)对开采周期短、工艺简单的矿种，建议采用国产卫星数据开展动态监测，争取每年能有3～4次监测。

[1] 王娟，张普斌，张建国，等.基于RS和GIS的矿山环境综合评价——以甘肃省白银煤矿区为例[J].矿产勘查，2012(6)：873-882.

[2] 王燕波，罗伟，李名勇，等.基于高分辨率遥感影像的矿山开发监测研究[J].热带地理，2011(4)：377-382.

[3] 赵祥，刘素红，王安建，等.基于卫星遥感数据的江西德兴铜矿开采环境影响动态监测分析[J].中国环境监测，2005(2)：68-74.

[4] 王晓红，聂洪峰，杨清华，等.高分辨率卫星数据在矿山开发状况及环境监测中的应用效果比较[J].国土资源遥感，2004(1)：15-18.

[5] 郑跃鹏，曾新平，蔡劲宏.近年遥感技术新进展及几点思考[J].矿产与地质，2004(3)：269-273.

[6] 吴虹，杨永德，王松庆.Quickbird-2&；SPOT-1矿山生态环境遥感调查试验研究[J].国土资源遥感，2004(4)：46-49，80.

[7] 马世斌，张焜.基于遥感的察尔汗盐湖矿产资源开发状况调查研究[J].遥感信息，2010(3)：71-74.

[8] 杨金中，秦绪文，聂洪峰，等.矿山遥感监测工作指南[M].北京：中国大地出版社，2009.

[9] 聂洪峰，杨金中，王晓红，等.矿产资源开发遥感监测技术问题与对策研究[J].国土资源遥感，2007(4)：11-13.

[10] 黄铁兰，黄华谷，朱俊凤.资源一号02C数据在稀土开采遥感监测中的应用与评价[J].广东工业大学学报，2015(2)：32-37，85.

Application of Remote Sensing Monitoring Technology in Mine Development

ZHU Jun-feng，WANG Geng-ming

(GuangdongGeologicSurveyInstitute，GuangzhouGuangdong510080，China)

From the remote sensing data source，technical route，and method，the remote sensing interpretation method for different mining methods，and different types of remote sensing data in remote sensing monitoring for mine development are mainly discussed and summarized.The main conclusions are：for open-cut mines，in the high and medium spatial resolution remote sensing images，the direct interpretation method is adopted，and in the low resolution remote sensing images，the indirect interpretation method is adopted；for underground mines，in the high resolution image，the direct interpretation method is adopted，and in the medium and low resolution image，the indirect interpretation method is adopted；using multi-phase images for comparison analysis is an important indirect interpretation method.Finally，some suggestions are given for the problems of the application.

mine development；remote sensing monitoring；remote sensing interpretation method；images contrast analysis

2015-08-29

中国地质调查局 “广东省矿山环境监测”(1212011220081)

P 237； TD 79

A

1007-9394(2015)04-0018-03

朱俊凤(1985～)，女，江西上饶人，硕士，工程师，现主要从事地质矿产、资源、环境遥感解译研究方面的工作。