遥感技术在安徽省重点矿区动态监测中的应用

汪燕+李郑贾+利萍

摘要：针对重点区域矿产资源监测的局限性，以遥感技术为基础，根据遥感影像几何纠正、融合、镶嵌、信息提取等方法原理，选取2011-2014年SPOT、IKONOS影像为数据源，对安徽省重点矿山进行动态监测，建立重点矿山开发遥感动态监测技术体系及技术方法。结果表明：（1）安徽省2011年到2014年重点矿山合法开采比例呈现逐年上升趋势；（2）重点区域内主要违法开采矿种为非金属矿山，其中，开采建筑石料用灰岩的矿山最多。这些结论为制定重点区矿产资源规划、整顿矿产资源开发秩序、治理矿山地质环境、建立长效矿山监测监督管理机制等提供技术支撑和决策依据。

关键词：遥感技术；安徽省；矿山资源；重点区域

遥感是非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。地理信息系统技术具有强大的空间分析功能，全球定位系统具有准确的定位特性。

利用遥感技术、地理信息系统技术和全球定位技术等技术手段，调查监测安徽省重点矿山的矿产资源开发状况、矿山地质环境和矿产资源规划执行情况，对整顿矿产资源开发中的各类违法违规行为、规范矿产资源开发活动、保护矿产资源的可持续开发与利用、制定矿产资源规划、综合整治矿区生态环境具有重大意义。

1.研究区域与数据来源

1.1研究区域概况

安徽省位于中国东南部，地处长江下游，东邻沿海，西接中原，是我国南北之间和东西之间的过渡地带。地理范围介于东经114°53'～119°39'，北纬29°24'-34°36'之间，本次对全省6个涉及重点矿山的地级市，即合肥、芜湖、蚌埠、淮南、马鞍山、淮北区域矿产资源开发状况监测。非遥感资料包括1：10000地形图、安徽省重点矿山的采矿权登记材料以及2011-2014年安徽省矿产资源总体规划资料等。

2.研究方法

研究区地处沿江平原与江淮丘陵，属暖温带半湿润季风气侯，温暖湿润，四季分明。年平均气温在14℃～17℃之间，平均无霜期200d-250d，平均降水量800mm-1800mm，主要集中在春夏两季。全省日照充足，光能资源较为丰富，年平均日照时数为1800h～2500h，适合多种植物的生长和动物的繁衍。

1.2数据来源

本文使用的主要数据包括遥感影像和相关的非遥感资料。采用两种比例尺遥感数据源，露天开采的矿产资源主要采用1：5万遥感数据，使用SPOT-5卫星资料，遥感数据组合为5m分辨率多光谱数据及2.5m分辨率全色数据；地下开采的矿产资源主要采用1：1万遥感数据源，其空间分辨率优于1.0m，其数据主要类型为IKONOS影像，IKONOS有5个波段，PAN波段空间分辨率为1m，4个多光谱波段（蓝光、绿光、红光、近红外波段）空间分辨率为4m，完全能够满足重点结合、计算机自动信息提取与人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的技术路线对安徽省重点矿山开展遥感调查与监测。主要涉及遥感图像预处理以及矿山资源信息提取。主要的技术路线如图1所示。

2.1遥感影像预处理

研究采用多个软件平台进行数据处理，主要涉及的平台软件有PCI10.0、ERDAS9.2，MapGIS6.7、ArcGis10.0。主要是对遥感数据进行融合处理、天然假彩色合成、几何校正、正射纠正、配准、镶嵌等。然后对其格式转换后与地形矢量数据进行叠加显示，以人一机交互方式对各种矿山开发状况和矿山生态环境的有关内容进行解译，最后将解译结果提供野外验证。

2.1.1几何纠正

遥感数字图像几何纠正的目的是为了改善原始影像的几何变形，生成一幅满足某种图形表达要求或地图投影的新图像。本文选择方法较简单的多项式纠正法对原始影像进行几何精纠正。为了提高配准精度，文中选择20个控制点、10个检测点，并与试验区域GPS实测的坐标位置进行对比分析，使得待融合影像相互间的配准精度控制在0.5个像元之内。由已知采样点通过内插得到各种非采样点的灰度值的过程称为像素重采样，本论文选择双线性内插法。

2.1.2图像融合

融合的目的一是用于信息的提取，要求原始数据的处理不得产生光谱扭曲，以利于建立解译标志，减少判读的不确定因素；二是用于背景图制作，要求图像清晰、色彩鲜艳。融合可在同一时相、相同数据源之间进行，也可在不同时相、不同数据源之间进行，视具体情况而定。在不同时间获取的图像间进行融合处理时，要求不同时间图像的内容没有大的变化。融合的方法有HIS法、主成份分析法、小波变换法、Brovey变换线性加权乘积、加法等，可根据效果采用不同的处理方法。

2.1.3图像镶嵌在相邻图像重叠区内选择同名点作为镶嵌控制点，两景同名地物严格对准，拟合中误差在1个像元左右。镶嵌图像问进行了亮度匹配，以降低灰度差异。镶嵌拼接线的选择无论是采用交互法还是自动选择，均需是一条折线或曲线，在拼接点两旁选用“加权平均值方法”进行灰度圆滑。

经过预处理后的区域IKONOS和SPOT遥感影像数据如图2、3所示。

2.2矿山资源信息提取

采用基于面向对象的方法对重点区域矿山影像进行提取，面向对象的影像分割主要涉及分割尺度、形状权重等参数的设定。经过多次试验，本文具体分割参数选择如下：颜色（光谱）权重为0.8，形状权重为0.2，其中光滑度权重为0.9，紧凑度权重为0.1，分割尺度为10。具体流程如图4所示。分类规则按照矿区信息在影像上的特征，建立矿山影像信息提取规则集。最后将解译结果进行野外验证。

3.监测结果分析

经过以上遥感影像预处理、矿山影像分類主要包括两步：影像的尺度分割以及分类规则的建立。

用资源信息提取等技术方法，获取安徽省重点矿区2011年～2014年动态监测结果。endprint

鉴于重点矿山每年圈定的数量不同，在进行动态监测时，重点比较不同年份的百分比变化状况。因此，圈定的重点矿山数量不同不会影响动态变化趋势的分析。

3.1重点矿区开发状况遥感监测

2011年-2014年合法开采矿山比例动态分布如图5所示。由图可知，2011年到2014年安徽省重点矿山合法开采比例逐年上升，由2011年的占开采点总数的48.6%到2014年的62.03%，这表明，随着相关政府的监督和法规的形成，重点区域合法矿山开发形势逐年变好。

2011年到2014年的主要违规开采方式是无证开采和越界开采，擅自改变开采方式违法开采数量相对较少；主要违规开采类型是露天开采，地下开采疑似违法数量相对较少；主要违规开采企业类型是私营企业。图6、图7分别展示了疑似违法和疑似越界开采示意图。

2011年～2014年重点区域内主要违法开采矿种为非金属矿山，在各种违法的非金属矿山中，开采建筑石料用灰岩的矿山最多，而能源矿和金属矿的开采秩序较好，仅仅极少数分别是疑似违法开采煤矿、石煤和铁矿。

3.2重点矿区空间分布动态变化

从空间分布的动态分析可知，2011年～2014年安徽省重点区域矿山疑似违法开采的图斑范围越来越小，预示着重点区域矿山开发朝着良好的方向发展。此外，宣城市在2011和2013年均是疑似违法开采图斑最大的县（区）所在市，建议市级单位部门应采取相应的措施改善目前状况。

3.3安徽省重点区矿山开发特征

通过对安徽省重点区域矿山开发统计的数据分析，可以总结以下典型现象：

首先，矿权过期，但实际仍然在开采，这样现象在开采非金属矿产中较为普遍，此外，在全省部分县市都存在一些盗采现象，表现为少数人用挖掘机开采矿产资源。

其次，砖瓦用粘土矿违法较为普遍，违法类型主要为无证开采和越界开采，以广德县为典型；金属矿和能源矿在调查区范围内违法开采较少。

综合以上结论，建议当前对矿产资源管理较落后的市县应当引起高度重视，重點区域矿山的不合理开发不仅对资源的利用有负面作用，而且，对当地的环境也带来重要的危害，严重阻碍区域的经济、环境发展。矿产资源不合理开采对环境影响如图8、图9所示。

4.结束语

本文针对当前安徽省重点区域矿产资源开发的现状，以IKONOS和SPOT为主要数据源，采用高分辨率矿山影像信息提取方法，实现2011年～2014年重点区域矿山资源的动态监测，得出以下结论：

首先，安徽省2011年～2014年重点矿山合法开采比例逐年上升，疑似违法开采比例呈现逐年下降趋势，这表明，随着相关政府的监督和法规的形成，重点区域矿山开发形势逐年变好；重点区域内主要违法开采矿种为非金属矿山，其中，开采建筑石料用灰岩的矿山最多。

其次，2011年～2014年安徽省重点区域矿山疑似违法开采的图斑范围越来越小，部分县区对矿产资源管理较为显著，违法开采数量大幅降低。

最后，重点区域矿山的不合理开发不仅对资源的利用有负面作用，而且，对当地的环境也带来重要的危害，严重阻碍区域的经济、环境发展。

本文结合高分辨率数据，实现了重点区域矿山资源的动态监测，虽然对区域矿产资源的合理开采具有一定的作用，但未深入分析重点区域矿产资源的开发对环境的影响，这将是下一步研究的主要方向。endprint