国产卫星助力矿产资源动态监测

□冯 涛 刘晓静

当前国产卫星技术发展十分快速，在各种领域中发挥着越来越重要的作用。如果将国产卫星用于矿产资源的开发和保护环境中，将3S技术的特长和遥感技术的快速、直观、实时的特点充分发挥出来，全面对收集区内的矿山、遥感图像、地质矿产、环境、地质灾害等资料进行收集，并利用计算机软件技术对这些资料进行分析和处理，建立有效的开发动态监测数据库系统，可以为后续矿产资源的动态监管，创造出一个坚实的基础，更加了解当地矿产资源开发的现状，及时发现采矿对当地环境造成的破坏，并进行处理，真正实现对矿产资源的动态监测[1]。

一、采用国产卫星对矿产资源进行动态监测的必要性

由于当前矿产资源事业高速发展，在发展过程中出现了较为严重的小、散、乱和工艺水平落后的现象。很多矿种出现了非法盗采比较严重的情况，造成了大量矿产资源的浪费，也对矿产山环境造成了较为严重的破坏。如何及时了解当前矿采资源开采的实际情况，是对矿产开采监管中所面临的大问题[2]。如果采用传统的方法进行监管，不仅需要耗费大量的人力、物力和财力，还无法及时掌握当前矿产资源动态开采的信息。随着我国科学技术高速发展，在卫星技术上也取得了不小的突破，遥感卫星的分辨率不断提高。通过卫星遥感技术，可以及时掌握全国范围内的矿业秩序和生态环境破坏状况，真正实现对矿产资源的动态监测。

二、研究方法

通过利用卫星遥感技术，可以获得各采矿地区的地质遥感数据，通过对这些遥感数据的进一步处理，通过室内对比提取矿产资源开发地采矿互动痕迹的影响资料信息，就可以及时发现不同时段的采矿活动痕迹变化，其主要分为以下几个阶段。

(一)资料的收集。对矿产资源的动态监管，就是通过分析不同时期的卫星遥感数据，有效总结出这些信息的变化规律，及时发现采矿地区地质环境特征的变化。如何将各种影响信息有效融合起来，并更加及时发现矿山开采和环境的变化，是矿产动态监测所需要解决的最基础的问题。当前我国国产卫星遥感技术突飞猛进，图像的几何分辨率不断提高，GF1国产卫星航空遥感数据0.4m，SPOT5 2.5m，可以满足对矿产资源动态监测的需要[3]。

(二)卫星遥感数据的处理。多源遥感数据处理，该技术可以对不同时段的遥感数据进行几何校正、大地配准，可以将PAN波段数据与多光谱数据有效融合起来。然后对其进行格式转换和地形矢量数据和采矿权数据的叠加，并将其转换成各种数据表格，来对当前矿产环境的特征内容进行解释，及时发现非法盗采现象。一是几何校正与大地配准。由于矿山地区的地势起伏一般较大，可以使用卫星轨道模型进行正射校正。通过使用先进的遥感影像处理软件，可以直接对各种遥感数据状态参数进行提取，并依照航空正射像和高程模型数据，可以对数据进行一定范围内的校正。经过校正后的数据，最大残差应该保证在3～4个像素之间。二是图像增强。图像中图素的亮度信息往往包含的内容较多，可以直接反映不同的物体特征。由于受到成像系统特性、成像光照条件和地物辐射差异大小的影响，导致很多像元的亮度值过于集中，对图像层次的丰富程度造成了非常大的影响，图像的色调较差，在图像中往往难以分辨出具体的地物信息。对图像进行增强的一个主要目的是为了扩大图元亮度值的分布区域，像元的亮度差异也会得到显著增强，图像的对比度也会大大增加，更进一步能够观察到图像的细节信息。三是多源遥感数据融合。多光谱影响的光谱分辨率较高，但显示空间细节的能力较差。为了有效对该问题进行解决，可以将低空间分辨率的多光谱影响和高空间分辨率的全色影响融合起来，这会大大增加空间表示的层次感，影像的光谱信息也能得到完整的保留[4]。当前遥感影响技术飞速发展，应用比较多的有HIS变换、主成分分析、基于小波理论的特征融合。在不用融合方法的应用过程中，对于高分辨率的IKONOS数据和QuickBird数据，由于其光谱范围已经从可见光波段扩展到了近红外波段，如果还是采用传统的变换方法，效果往往较差，经常会出现比较严重的颜色偏差。通过利用PCI中的pansharp融合方法，通过选择所有的多光谱波段的数据作为参考波段，绿色植物区域的颜色会变得更加突出，让该区域更加醒目，让整个影像更加亮丽，显得更加有生机，视觉效果得到进一步的提升，其它周围环境的颜色并不会受到太大的影响。四是主要的监测目标及其特征。卫星遥感监测技术的应用过程中，需要及时对矿产资源的开采情况进行跟踪，需要人们以多时相遥感图像对比解释、分析为主体，及时获取采矿相关的信息。在矿产资源的监测中，最为主要的地物类型主要包括矿山建筑物、矿山道路、煤矿堆场、煤矸石堆场等。这些环境特征都是矿产资源开采中通常保有的。通过这些特征的发现和提取、分析，就可以及时掌握各地区的实际采矿情况。五是信息提取。在对矿产开采的动态监管过程中，需要定期掌握监管对象的环境特征的变化情况，掌握其发展趋势，可以为后续管理工作的开展，打下一个很好的基础。变化信息的提取，需要能够有效鉴别出来不同遥感图像上变化区域的具体特征，由于变化特征往往非常模糊，传统的分析方法往往不是非常奏效，需要采用有效的变化区域提取方法，这样才能获得图像特征变化更为具体的信息。受制于计算机技术发展的限制，目前还没有一款软件可以很好完成该工作，因此当前主要还是应用的人机交互的解释方法。六是遥感野外调查验证。野外勘察的一个主要目的是为了帮助遥感解释人员对监测区内的矿区环境和作业现场有感性的认识，在头脑中建立一个简单的影响概念，然后通过对遥感图形的比对，在两者之间建立更加直观的联系，从而完成室内遥感解释标志的建立，让遥感解释的正确性得到进一步增强。在图像处理和遥感解释的基础之上，对道路穿越法和追索法结合起来，对工作区内的矿产资源开发情况、开采活动对环境造成的影响等进行验证性的观测。通过进一步的现场验证表明，遥感技术在矿产资源的定量验证率可以达到百分之九十以上。

三、实际应用案例

该工作区域位于黑龙江西部地区，其面积近800平方公里，区域内部的矿业活动比较兴盛，很多矿山都属于露天矿山。

为了有效对该地区的矿产资源情况进行动态监测，采用了国产GF2卫星遥感技术，并采用加拿大阿波罗公司开发的PCI Geomatica图像处理软件，对图像进行处理。其工作的原理是通过对图像的预处理后，应用色彩合成、线性扩展、融合、自动识别等简单的方法对遥感图像进行处理和信息提取，有效满足项目的需要。由于采矿活动对周边植被破坏比较严重，会造成岩石的直接裸露，让遥感图像具有比较高的反射率，同周围地物的差别较大，这就为信息识别提供了基础。在该项目中就应用了等值线法对采矿区进行了自动识别和圈定。程序会根据图像亮度值的分布，来自动对图像的亮度值进行调整。系统还可以通过采用人机对话的方式，来人工设定亮度值、确定分级，并通过人机对话的方式进行交互式的调整。为了有效反映当地的矿产开发的变化形式，可以通过对几个时间段内的遥感图像进行对比，来分析建立矿山环境解释标志，以此来编制遥感解释图。

除了采用卫星遥感动态监测的方式外，还应该进行野外调查验证。遥感地质调查，其是建立在图像处理和遥感解释基础之上的，有效对矿区内的资源开发情况、开采活动对环境所造成的影响进行观测。化探是对矿山周边的水系沉积物进行测量，研究矿山开采对周围水环境所造成的影响。

为了有效对各种遥感监测数据进行存储管理，需要建设专门的数据库，建立具有可视化数据查询、编辑、输入、输出功能的矿产资源监测系统。该数据库系统的使用也非常简单，通过数据库索引字段以及GIS条件检索等功能，来满足用户对矿山开发及矿山开发对周边环境所造成的影响，达到对周边环境动态监测的目的。

通过对卫星遥感数据图像的分析和实地勘测情况发现，该区域内的矿山采场存在不同程度的边缘张问题，在采掘作业面前缘有轻微的崩塌现象，这很容易形成碎块沿着陡峭斜坡坠落的事故，如果遇到突发的因素，如降雨、爆破振动等，很容易发生小规模的崩塌现象，危机区域内人员的生命安全。此外，矿山开采还对当地的自然景观情况造成了不小的影响，尤其是对迎面采场的景观破坏尤为严重，造成一定规模的基岩裸露，伴随小规模的水土流失情况，让该地失去了过去“青山绿水”的自然景色。此外，在该地区矿山开采的过程中，还造成了一定的粉尘污染。在矿山运输的过程中，容易造成石料撒漏，汽车行驶时很容易出现飞沙走石的情况，很容易造成路旁的树木、种植物出现蓬头垢面的情况。该地区的很多石料都是采用破碎加工的方式，生产过程中会造成较大的粉尘，严重时遮天蔽日，导致附近的绿色植物总是不同程度沾满灰尘。在矿山的开采过程中，也会对当地的地球化学环境造成不小的影响，尤其反映在金属矿山中，但其影响范围还比较有限，并没有造成非常明显的化学污染。

四、结语

随着工业的高速发展，对矿产资源的需要量不断增加，各种矿产采石场越来越多，对矿山开采的监管难度越来越大。为了有效实现对矿山开采的动态监测，应该将国产卫星遥感监测技术有效应用其中，提高对矿山开采监管的效率。