星空地“REUP”一体化矿山环境监测遥感系统建设初探

邢英梅 周智勇, 张志科 夏峥嵘 张敏

（1、河北水文工程地质勘察院，石家庄 0500021；2、河北省遥感中心，石家庄 0500021）

星空地“REUP”一体化矿山环境监测遥感系统建设初探

邢英梅1周智勇1,2张志科2夏峥嵘2张敏2

（1、河北水文工程地质勘察院，石家庄 0500021；2、河北省遥感中心，石家庄 0500021）

针对矿山环境监测工作中存在的“信息孤岛”现象，本文基于中国地质调查局组织实施的矿山环境监测项目提出星空地“REUP”一体化矿山环境监测遥感系统（以下简称：星空地REUP系统）。该系统以卫星遥感（RS）、微波遥感星载雷达遥感系统欧洲遥感卫星ERS、无人机航拍影像（UAV）、手持PDA、PC机为整体框架（系统名称中“REUP”即取自总体框架的首字母），在全面梳理矿山环境监测项目工作步骤、已有矿山环境各种矢量数据和矿山占地、恢复治理、地质灾害统计表等各种信息资源的基础上，对已有信息进行有效的整合，并进行实时监测与更新，建立统一的、有实效性的信息资源库，为国土资源管理部门决策、综合业务管理、矿山环境恢复和公众信息服务提供有效的、准确的数据支持。

REUP；矿山环境监测；遥感信息复合；三维数据；信息孤岛

一、引言

全国矿产资源开发环境遥感监测项目根据国家需求和国土资源部管理工作的需要，由中国地质调查局航空物探遥感中心组织实施，利用遥感影像数据，在全国与重点矿集区开展矿产资源开发利用状况、矿山地质环境问题、矿产资源规划执行情况等遥感调查与监测工作，获取可观基础数据，编制图件与报告，为保持矿产资源的可持续开发与利用，维护矿业秩序及综合整治矿区环境等提供基础数据与决策依据。然而，除项目规定的一年一个周期外，省、市、县级国土管理部门亟需实效性更强的矿山环境数据。但在国土资源领域始终缺乏统一体系，获取数据、处理数据仍然比较困难，这不仅对海量遥感数据应用形成了巨大制约，对国土资源管理无法进一步服务。建立一套多源海量遥感数据处理、矿山监测信息维护更新、外业数据实时传输储存、成果调取方便的平台来支撑遥感数据的应用。

二、星空地REUP系统建设背景、目的及意义

2.1 矿山环境监测工作方法现状

目前矿山环境监测手段：卫星遥感、内业解译、两期影像对比、实地监测。监测频率：重点矿集区一年监测一次；全区域一年监测一次。工作中多用ENVI、PCI、EDARS处理影像，ARCGIS信息提取，EXCLE手动处理报表，外业获取数据手动匹配矢量。

2.2 星空地REUP系统建设目的

通过ENVI、ARCCGIS、PDA相关软件二次开发和系统集成，构建矿山环境监测项目所需卫星影像数据、雷达数据、航拍数据处理及信息提取平台，外业查证PDA系统，相关数据分析报表、综合出图的集成化系统。形成流程化、规范化、高效化的服务能力，为我国矿山环境监测工作提供统一、基础平台。

2.3 星空地REUP系统建设意义

星空地REUP系统建设的意义分为以下三点：

①星空地REUP系统可作为基础地质调查、矿产资源评价、地质灾害调查的重要技术基础之一，数据仓库可为矿山环境监测、地质调查与矿产资源调查提供了更加有力的基础数据支持。

②星空地REUP系统对国土资源领域多数据源卫星遥感数据、雷达数据、航拍数据的灵活综合应用提供基础平台，并对多方位数据影像缺点互补，优点增强。并大大的解除了海量高分影像数据的多领域应用的巨大制约。

③本系统特别针对于矿山环境监测项目，对矿山开采面、选矿场、尾矿库、废石堆、地质灾害、矿山复绿等信息的提取、分析、监测、外业查证，提供了综合的、集成的、可视化的、易操作、完善的平台，为项目内首套集卫星遥感数据、雷达数据、航拍数据一体的处理平台，并为首套针对矿山环境监测项目内外业一体的信息系统。

三、系统分析

3.1 可行性分析

通过软件二次开发和系统集成，在前期充分调研，通过配置软、硬件环境，对高分卫星数据格式、数据特点进行分析，信息提取方法管理，内外业细致分析，充分掌握实际需求，进而制定处理流程与规范，此系统建立是存在可行性的。

3.2 需求分析

随着国产高分数据的广泛使用，矿山环境遥感调查与监测，已基本形成了从数据处理、信息提取、成果图件制作的完整技术流程，建立了遥感调查相关的技术方法与技术体系。但是高分数据的处理与信息提取依然依赖于国外软件，甚至需要多个软件互相配合才能实现，针对性、完整性明显不足，工作效率相对较低。

针对国外软件功能单一、针对性和完整性不足等问题，矿山环境监测工作亟需通过软件二次开发和系统集成，建立多源高分卫星数据处理及信息提取系统，内业外互通一体化系统。

四、系统总体设计与功能设计

4.1 总体设计

平台通过前期调研分析，确定数据处理与信息提取需求与流程规范，通过配置软、硬件环境，全面设计平台各项功能，构建界面友好，操作简洁，功能强大的基础平台。系统总体架构如下：

4.2 功能设计

功能设计如图：

3.2.1 遥感影像数据处理集成块

卫星影像数据处理一般包括数据解压缩、几何校正（包括几何精校正与正射校正）、图像融合、图像镶嵌等。采用灵活的遥感二次开发平台ENVI/IDL、ArcGIS Engine，可以根据不同需求，开发一个全新的数据处理平台。

3.2.2矿山监测信息提取集成块

信息提取流程主要包括栅格和矢量数据的输入、目标地物信息提取、统计分析、专题图生产。建立不同的信息提取模板，并构建实时接收外业验证数据功能和利用DEM组建三维影像数据功能。信息提取系统开发采用ArcGIS Engine二次开发技术，实现可视化信息提取平台。

3.2.3外业实时查证属性变更集成块

将无线传输信息卡与本研究软件相应模块集成到PDA中，从而实现外业验证数据与矿山监测矢量数据的实时更新。外业实时查证系统基本流程：(1)将矿山监测调查底图（遥感影像数据、矿山监测矢量数据、基础地理数据）导入PDA；(2)利用集成了GPS卡的PDA在野外进行查证图斑的实际测量；(3)对测量数据进行实时差分解算．并根据差分变更点位坐标修改矿山监测实地边界．最后将PDA中的变更数据导出PC机中，进行结果分析、矢量维护。在GSM网的支持下，采用GPS实时差分技术传递到流动站中。实现流动站测量数据的实时差分解算翻．从而得到矿山开采高精度数据。（4）利用PDA拍照技术对矿山开采现场，进行照像、录像，并存储于相应的矢量数据中，最终导入系统内，以便实时查询监测。

五、星空地REUP系统的实现

本系统集合了遥感卫星、星载雷达、无人机、PDA数据，是一个面向主题的、集成的、有实效性的和可更新的数据集合.

4.1 开发运行环境

本系统开发平台选用ENVI/IDL、ArcGIS E n g i n e以及P D A的嵌入式G I S开发工具—MapXMobile及GPS模块中负责连接VRS网络的SDK--GPSPathHndefTools(SDK)．操作系统均适用Win10、Win8、Win7、Vista、XP等Windows系统。

硬件运行环境选用CPU 200MHz或更高、内存64MB或更高的PC机。以及手持PDA。

4.2 遥感卫星数据

遥感卫星数据已充分用于矿山环境监测中，如开采面、选矿场、矿石堆、尾矿库、固体废弃物等占地信息的提取。采用本系统可以自动接入、正射纠正、图像增强、图像裁剪、解译。

4.3 星载雷达数据

星载雷达数据虽多用于海洋、地形、地质构造、地下水，但是微波遥感特性以及透视收缩功能、一定的穿透能力，有利于地下矿井进一步信息提取。另外雷达卫星传感器可不受天气影响，具有穿透云雾、全天时、全天候工作能力，对于卫星遥感数据是有利的补充。

4.4 低空遥感无人机航片数据

目前低空遥感多采用无人机方式进行拍摄，可快速获取高质量数据，是卫星遥感数据不可缺少的补充，亦可用于灾情调查、应急指挥。

4.5 PDA掌上系统进行外业查证

PDA掌上系统为星空地REUP系统的重要组成部分，主要应用于外业查证部分。各模块的实现需要按功能进行类的设计，各类分别完成特定的功能，由于在嵌入式开发环境中只支持单文档视图结构，因此在系统中只有一个主窗体，各模块的实现结果都依赖主窗体。

六、结论

矿山环境监测工作系统建设是推动建设绿色生态矿山发展的一个重要步骤，星空地REUP系统将成为矿山环境监测的重要工具。此系统不仅适用于矿山环境监测，另外可延伸至林业环境监测、海洋环境监测、土地利用调查等行业。可以对区域内矿山环境基本信息、经济、权益等情况进行总量统计和变化趋势分析，可以为国土资源矿管、环境司、储量司等提供基本情况及变动规律。另外系统内三维GIS空间数据建模及算法将是一个亮点，外业系统实时、真实、准确自动接入PC端内业系统将是一个突破。本系统从多个不同的视角出发把数据组织成多维数据，并能够从不同的维度视角快速地管理、分析大量的数据，成为新型的海量数据管理的解决方案。

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