汪燕+李鄭賈+利萍

摘要：針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域礦產(chǎn)資源監(jiān)測(cè)的局限性，以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)遙感影像幾何糾正、融合、鑲嵌、信息提取等方法原理，選取2011-2014年SPOT、IKONOS影像為數(shù)據(jù)源，對(duì)安徽省重點(diǎn)礦山進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立重點(diǎn)礦山開發(fā)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)體系及技術(shù)方法。結(jié)果表明：（1）安徽省2011年到2014年重點(diǎn)礦山合法開采比例呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)；（2）重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，其中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多。這些結(jié)論為制定重點(diǎn)區(qū)礦產(chǎn)資源規(guī)劃、整頓礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序、治理礦山地質(zhì)環(huán)境、建立長(zhǎng)效礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)督管理機(jī)制等提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；安徽??；礦山資源；重點(diǎn)區(qū)域

遙感是非接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。一般指運(yùn)用傳感器/遙感器對(duì)物體的電磁波的輻射、反射特性的探測(cè)，并根據(jù)其特性對(duì)物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進(jìn)行分析的理論、方法和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)具有強(qiáng)大的空間分析功能，全球定位系統(tǒng)具有準(zhǔn)確的定位特性。

利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和全球定位技術(shù)等技術(shù)手段，調(diào)查監(jiān)測(cè)安徽省重點(diǎn)礦山的礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦山地質(zhì)環(huán)境和礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況，對(duì)整頓礦產(chǎn)資源開發(fā)中的各類違法違規(guī)行為、規(guī)范礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)、保護(hù)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用、制定礦產(chǎn)資源規(guī)劃、綜合整治礦區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

1.研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)域概況

安徽省位于中國(guó)東南部，地處長(zhǎng)江下游，東鄰沿海，西接中原，是我國(guó)南北之間和東西之間的過渡地帶。地理范圍介于東經(jīng)114°53'～119°39'，北緯29°24'-34°36'之間，本次對(duì)全省6個(gè)涉及重點(diǎn)礦山的地級(jí)市，即合肥、蕪湖、蚌埠、淮南、馬鞍山、淮北區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況監(jiān)測(cè)。非遙感資料包括1：10000地形圖、安徽省重點(diǎn)礦山的采礦權(quán)登記材料以及2011-2014年安徽省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃資料等。

2.研究方法

研究區(qū)地處沿江平原與江淮丘陵，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣侯，溫暖濕潤(rùn)，四季分明。年平均氣溫在14℃～17℃之間，平均無霜期200d-250d，平均降水量800mm-1800mm，主要集中在春夏兩季。全省日照充足，光能資源較為豐富，年平均日照時(shí)數(shù)為1800h～2500h，適合多種植物的生長(zhǎng)和動(dòng)物的繁衍。

1.2數(shù)據(jù)來源

本文使用的主要數(shù)據(jù)包括遙感影像和相關(guān)的非遙感資料。采用兩種比例尺遙感數(shù)據(jù)源，露天開采的礦產(chǎn)資源主要采用1：5萬遙感數(shù)據(jù)，使用SPOT-5衛(wèi)星資料，遙感數(shù)據(jù)組合為5m分辨率多光譜數(shù)據(jù)及2.5m分辨率全色數(shù)據(jù)；地下開采的礦產(chǎn)資源主要采用1：1萬遙感數(shù)據(jù)源，其空間分辨率優(yōu)于1.0m，其數(shù)據(jù)主要類型為IKONOS影像，IKONOS有5個(gè)波段，PAN波段空間分辨率為1m，4個(gè)多光譜波段（藍(lán)光、綠光、紅光、近紅外波段）空間分辨率為4m，完全能夠滿足重點(diǎn)結(jié)合、計(jì)算機(jī)自動(dòng)信息提取與人機(jī)交互解譯相結(jié)合、室內(nèi)綜合研究與實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)路線對(duì)安徽省重點(diǎn)礦山開展遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)。主要涉及遙感圖像預(yù)處理以及礦山資源信息提取。主要的技術(shù)路線如圖1所示。

2.1遙感影像預(yù)處理

研究采用多個(gè)軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要涉及的平臺(tái)軟件有PCI10.0、ERDAS9.2，MapGIS6.7、ArcGis10.0。主要是對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理、天然假彩色合成、幾何校正、正射糾正、配準(zhǔn)、鑲嵌等。然后對(duì)其格式轉(zhuǎn)換后與地形矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示，以人一機(jī)交互方式對(duì)各種礦山開發(fā)狀況和礦山生態(tài)環(huán)境的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行解譯，最后將解譯結(jié)果提供野外驗(yàn)證。

2.1.1幾何糾正

遙感數(shù)字圖像幾何糾正的目的是為了改善原始影像的幾何變形，生成一幅滿足某種圖形表達(dá)要求或地圖投影的新圖像。本文選擇方法較簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式糾正法對(duì)原始影像進(jìn)行幾何精糾正。為了提高配準(zhǔn)精度，文中選擇20個(gè)控制點(diǎn)、10個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，并與試驗(yàn)區(qū)域GPS實(shí)測(cè)的坐標(biāo)位置進(jìn)行對(duì)比分析，使得待融合影像相互間的配準(zhǔn)精度控制在0.5個(gè)像元之內(nèi)。由已知采樣點(diǎn)通過內(nèi)插得到各種非采樣點(diǎn)的灰度值的過程稱為像素重采樣，本論文選擇雙線性內(nèi)插法。

2.1.2圖像融合

融合的目的一是用于信息的提取，要求原始數(shù)據(jù)的處理不得產(chǎn)生光譜扭曲，以利于建立解譯標(biāo)志，減少判讀的不確定因素；二是用于背景圖制作，要求圖像清晰、色彩鮮艷。融合可在同一時(shí)相、相同數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行，也可在不同時(shí)相、不同數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行，視具體情況而定。在不同時(shí)間獲取的圖像間進(jìn)行融合處理時(shí)，要求不同時(shí)間圖像的內(nèi)容沒有大的變化。融合的方法有HIS法、主成份分析法、小波變換法、Brovey變換線性加權(quán)乘積、加法等，可根據(jù)效果采用不同的處理方法。

2.1.3圖像鑲嵌在相鄰圖像重疊區(qū)內(nèi)選擇同名點(diǎn)作為鑲嵌控制點(diǎn)，兩景同名地物嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，擬合中誤差在1個(gè)像元左右。鑲嵌圖像問進(jìn)行了亮度匹配，以降低灰度差異。鑲嵌拼接線的選擇無論是采用交互法還是自動(dòng)選擇，均需是一條折線或曲線，在拼接點(diǎn)兩旁選用“加權(quán)平均值方法”進(jìn)行灰度圓滑。

經(jīng)過預(yù)處理后的區(qū)域IKONOS和SPOT遙感影像數(shù)據(jù)如圖2、3所示。

2.2礦山資源信息提取

采用基于面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)重點(diǎn)區(qū)域礦山影像進(jìn)行提取，面向?qū)ο蟮挠跋穹指钪饕婕胺指畛叨?、形狀?quán)重等參數(shù)的設(shè)定。經(jīng)過多次試驗(yàn)，本文具體分割參數(shù)選擇如下：顏色（光譜）權(quán)重為0.8，形狀權(quán)重為0.2，其中光滑度權(quán)重為0.9，緊湊度權(quán)重為0.1，分割尺度為10。具體流程如圖4所示。分類規(guī)則按照礦區(qū)信息在影像上的特征，建立礦山影像信息提取規(guī)則集。最后將解譯結(jié)果進(jìn)行野外驗(yàn)證。

3.監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

經(jīng)過以上遙感影像預(yù)處理、礦山影像分類主要包括兩步：影像的尺度分割以及分類規(guī)則的建立。

用資源信息提取等技術(shù)方法，獲取安徽省重點(diǎn)礦區(qū)2011年～2014年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果。endprint

鑒于重點(diǎn)礦山每年圈定的數(shù)量不同，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，重點(diǎn)比較不同年份的百分比變化狀況。因此，圈定的重點(diǎn)礦山數(shù)量不同不會(huì)影響動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)的分析。

3.1重點(diǎn)礦區(qū)開發(fā)狀況遙感監(jiān)測(cè)

2011年-2014年合法開采礦山比例動(dòng)態(tài)分布如圖5所示。由圖可知，2011年到2014年安徽省重點(diǎn)礦山合法開采比例逐年上升，由2011年的占開采點(diǎn)總數(shù)的48.6%到2014年的62.03%，這表明，隨著相關(guān)政府的監(jiān)督和法規(guī)的形成，重點(diǎn)區(qū)域合法礦山開發(fā)形勢(shì)逐年變好。

2011年到2014年的主要違規(guī)開采方式是無證開采和越界開采，擅自改變開采方式違法開采數(shù)量相對(duì)較少；主要違規(guī)開采類型是露天開采，地下開采疑似違法數(shù)量相對(duì)較少；主要違規(guī)開采企業(yè)類型是私營(yíng)企業(yè)。圖6、圖7分別展示了疑似違法和疑似越界開采示意圖。

2011年～2014年重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，在各種違法的非金屬礦山中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多，而能源礦和金屬礦的開采秩序較好，僅僅極少數(shù)分別是疑似違法開采煤礦、石煤和鐵礦。

3.2重點(diǎn)礦區(qū)空間分布動(dòng)態(tài)變化

從空間分布的動(dòng)態(tài)分析可知，2011年～2014年安徽省重點(diǎn)區(qū)域礦山疑似違法開采的圖斑范圍越來越小，預(yù)示著重點(diǎn)區(qū)域礦山開發(fā)朝著良好的方向發(fā)展。此外，宣城市在2011和2013年均是疑似違法開采圖斑最大的縣（區(qū)）所在市，建議市級(jí)單位部門應(yīng)采取相應(yīng)的措施改善目前狀況。

3.3安徽省重點(diǎn)區(qū)礦山開發(fā)特征

通過對(duì)安徽省重點(diǎn)區(qū)域礦山開發(fā)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析，可以總結(jié)以下典型現(xiàn)象：

首先，礦權(quán)過期，但實(shí)際仍然在開采，這樣現(xiàn)象在開采非金屬礦產(chǎn)中較為普遍，此外，在全省部分縣市都存在一些盜采現(xiàn)象，表現(xiàn)為少數(shù)人用挖掘機(jī)開采礦產(chǎn)資源。

其次，磚瓦用粘土礦違法較為普遍，違法類型主要為無證開采和越界開采，以廣德縣為典型；金屬礦和能源礦在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)違法開采較少。

綜合以上結(jié)論，建議當(dāng)前對(duì)礦產(chǎn)資源管理較落后的市縣應(yīng)當(dāng)引起高度重視，重點(diǎn)區(qū)域礦山的不合理開發(fā)不僅對(duì)資源的利用有負(fù)面作用，而且，對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境也帶來重要的危害，嚴(yán)重阻礙區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境發(fā)展。礦產(chǎn)資源不合理開采對(duì)環(huán)境影響如圖8、圖9所示。

4.結(jié)束語

本文針對(duì)當(dāng)前安徽省重點(diǎn)區(qū)域礦產(chǎn)資源開發(fā)的現(xiàn)狀，以IKONOS和SPOT為主要數(shù)據(jù)源，采用高分辨率礦山影像信息提取方法，實(shí)現(xiàn)2011年～2014年重點(diǎn)區(qū)域礦山資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，得出以下結(jié)論：

首先，安徽省2011年～2014年重點(diǎn)礦山合法開采比例逐年上升，疑似違法開采比例呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，這表明，隨著相關(guān)政府的監(jiān)督和法規(guī)的形成，重點(diǎn)區(qū)域礦山開發(fā)形勢(shì)逐年變好；重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要違法開采礦種為非金屬礦山，其中，開采建筑石料用灰?guī)r的礦山最多。

其次，2011年～2014年安徽省重點(diǎn)區(qū)域礦山疑似違法開采的圖斑范圍越來越小，部分縣區(qū)對(duì)礦產(chǎn)資源管理較為顯著，違法開采數(shù)量大幅降低。

最后，重點(diǎn)區(qū)域礦山的不合理開發(fā)不僅對(duì)資源的利用有負(fù)面作用，而且，對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境也帶來重要的危害，嚴(yán)重阻礙區(qū)域的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境發(fā)展。

本文結(jié)合高分辨率數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)區(qū)域礦山資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，雖然對(duì)區(qū)域礦產(chǎn)資源的合理開采具有一定的作用，但未深入分析重點(diǎn)區(qū)域礦產(chǎn)資源的開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響，這將是下一步研究的主要方向。endprint