关于辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测研究

叶东博

（辽宁省有色地质一〇五队有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000）

辽宁省葫芦岛市矿产资源极为丰富，其富含丰富的铁、铜、银、锌矿产资源，其中主要以铁矿为主，年开采量已经达到了5.6万吨，是矿产资源开发利用程度比较高的城市。随着社会发展对矿产资源需求量的逐渐增多，辽宁省葫芦岛市矿山开采规模以及开采力度也随不断增大，由于经过长时期大规模的矿产资源开采，辽宁省葫芦岛市虽然为社会发展和经济建设作出了巨大的贡献，但是也带来了一定的负面影响，比如辽宁省葫芦岛市矿山地质灾害频发、地质环境恶化、地质环境污染严重等问题。为了保护辽宁省葫芦岛市矿山地质环境，控制矿山胡乱开采等违法行为的发生，在2004年～2016年间部分地质小组对辽宁省葫芦岛市部署了矿山地质环境遥感监测工作，利用遥感监测技术对矿山地质环境调查中的有益作用，对重点开发矿山开展了大规模地质环境调查和遥感监测，并取得了一定的监测成果。通过对大量地质环境资源的收集、整理和分析，了解了目前辽宁省葫芦岛市矿山地质环境现状，并结合监测结果制定了周密的治理措施，对辽宁省葫芦岛市矿山地质环境改善和环境保护具有作用，为此提出关于辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测研究。

1 矿山地质环境遥感监测技术

矿山地质环境遥感监测技术，是一种利用电磁装饰实现对被监测区域内部各类不同物质的监查和对比。在进行具体监测的的过程中，由于地质结构的条件十分复杂，并且需要进行监测的范围较大，因此综合各方面因素，在实际监测过程中，更多矿山地质企业会选择通过航天遥感的方式作为主要的监测方法[1]。与以往传统的监测方法相比，将矿山地质环境遥感监测技术应用于实际，能够有效提高数据的准确性和及时性，并且能够进一步扩大监测的具体范围[2]。同时随着当前信息技术的发展，监测技术相对应的遥感装置也在不断的完善和创新，因此未来矿山地质环境遥感监测技术的应用将是矿山地质勘查中实现对环境的动态变化监测、对固体废物的堆积分布以及对地质灾害监测的必然趋势。

2 辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测

2.1 矿山地质环境遥感数据及平台选择

为了保证辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测境地，此次选择多时相、高分辨率遥感卫星数据作为辽宁省葫芦岛市矿山地质环境数据源，选择的遥感卫星数据分别为KapidEye、Pleiades、IKONOS、QickBird、GeoEye、SPOT、Worldview-2、资源一号以及高分一号等高空间分辨率的遥感数据。此次遥感监测对象主要为辽宁省葫芦岛市以井硐开采为主的矿山，监测面积为126.62万hm2。遥感数据主要分为1：50000比例尺图像数据和1；10000比例尺图像数据两种，其中1：50000比例尺图像数据选择最新时项的分辨率大于4.5m的高光谱遥感光学数据；1；10000比例尺图像数据选择最新时项的分辨率大于1.5m的高光谱遥感光学数据[3]。对于遥感数据难于获取的区域，其地质数据可以选择质量较高的雷达数据，以此完成矿山地质环境遥感数据及平台的选择，为后续工作的开展提供数据依据。

2.2 遥感图像处理

矿山地质环境遥感数据量比较大，且监测的内容比较复杂，比如辽宁省葫芦岛市矿山的采场、中转场地资源破坏情况、矿山水工环地质环境情况以及矿山开采占地以及地质演变情况等等，因此需要将遥感数据平台上的图像数据进行分类处理，首先从遥感卫星影像库中调取矿山遥感影像作为分类数据，假设在遥感卫星图像库中包含i幅矿山遥感影像，则将i幅图像称为一个数据集，为确定数据集的影像分类特征，将数据集设为x，可得矿山遥感影像数据集x的计算公式如下所示：

公式（1）中，r为矿山遥感影像数据集中影像分类的区域特征；d为矿山遥感影像分类的区域特征维数；B为矿山遥感影像分类的逻辑矢量[4]。在矿山遥感影像数据集x中，设既定的图像分类标签个数为c，则一个图像分类的子区域只能与一个标签相对应，用公式表示如下：

公式（2）中，g为矿山遥感影像分类子区域的标签向量；n为矿山遥感影像分类子区域的标签特征维数；u为矿山遥感影像分类标签参数[5]。在确定矿山遥感影像分类标签的基础上，确定矿山遥感影像分类特征。设矿山遥感影像分类特征为q，则q的计算公式如下：

公式（3）中，y为矿山遥感影像中分类权重的参数。求得矿山遥感影像分类特征后，利用影像的特征维数进行分类，得到多个独立的区域影像。

在上述基础上，将多个独立的区域影像分类通过邻近之间信息传递，在人工智能神经网络中建立遥感影像分类矩阵，对辽

宁省葫芦岛市矿山地质数据进行分类处理，其过程如下。首先，在人工神经网络中，建立矩阵的基础是求得多个独立的区域图像之间的相似度。假设多个独立的区域图像之间的相似度为s，将s作为矿山遥感影像分类依据，其计算公式如下：

公式（4）中，s为区域影像之间的相似度；a为标注的矿山遥感影像分类空间平滑系数；f为标注的矿山遥感影像分类空间摩擦系数[6]。得出多个独立的区域图像之间的相似度后，对人工神经网络遥感影像分类矩阵进行求解。设人工神经网络遥感影像分类矩阵为r，则r的计算公式如下：

公式（5）中，y为矿山遥感影像分类标签与图像分类子区域标签的对应约束关系；T为人工神经网络遥感影像分类矩阵的运算过程；v为矿山遥感影像分类标签与影像分类子区域标签的对应函数关系。通过建立人工神经网络遥感影像分类矩阵，将确定的矿山遥感影像分类特征进行融合，使同一类别的影像区域很容易被聚类到一起，以此完成遥感图像数据预处理，为后续辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测结果分析提供依据。

2.3 矿山地质环境遥感监测成果

在上文基础上，结合遥感数据对辽宁省葫芦岛市矿山地质环境进行总结分析。首先通过监测数据资料了解辽宁省葫芦岛市矿山矿产资源开发情况，从众多遥感影像数据中提取到了2364个疑似违法开采点，其中对2011年～2016年各年度全葫芦岛市范围分别提取到矿山违法开采点156个、286个、364个、596个、694个、864个，矿山开采点分别为1643个、2643个、3964个、4954个、5923个、5961个，通过对矿山地质环境遥感监测数据分析，绘制了辽宁省葫芦岛市矿山开采点曲线图，如下图所示。

图1 辽宁省葫芦岛市矿山开采点曲线图

从上图可以看出，辽宁省葫芦岛市矿山开采点数量正逐年增加，矿山开采面积也在逐年增加，同时违法开采点数量也在不断增加。根据矿山地质环境遥感监测数据显示，矿山违法开采主要集中在辽宁省葫芦岛市东北部和西南部区域，而矿山开采区域主要集中在辽宁省葫芦岛市西北部和西南部。

通过对遥感监测数据分析，进一步了解到不同矿种的占地面积情况，全市矿山开发占地面积为13.26万hm2，大约占辽宁省葫芦岛市总面积的五分之一，按照矿山所属类型，对各个类型矿山占地面积进行了统计，如下图所示。

图2 不同类型矿山占地面积统计图

从上图可以看出，辽宁省葫芦岛市占地面积最大的矿山类型为黑色金属矿山，也就是辽宁省葫芦岛市矿山开采以铁矿、铜矿等黑色金属为主要矿山资源类型。其次是能源，能源矿山占地面积也比较大，仅次于黑色金属矿山。根据有关监测数据显示，辽宁省葫芦岛市矿山开采主要以露天形式开采为主，这是造成矿山占地面积较大的主要原因，因此在未来辽宁省葫芦岛市矿山开采需要调整开采方法和开发手段，减小用地面积，以此完成关于辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测研究。

3 结语

本文对辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测进行了研究，结合辽宁省葫芦岛市矿山地质环境遥感监测资料，总结了辽宁省葫芦岛市矿山地质环境存在的问题。此次研究对遥感技术在矿山地质环境监测中的应用具有一定的推广作用，同时对辽宁省葫芦岛市矿山地质环境保护以及绿色矿山建设具有良好的现实意义，有利于促进辽宁省葫芦岛市矿山矿产资源可持续开发与利用，为矿山地质环境管理部门提供了有利的决策支持，具有显著的经济效益和社会效益。