遥感技术在矿山开发监测中的应用探析

刘欣悦 特日根

【摘  要】结合矿产资源开发状况和矿山遥感监测技术现状，论文分析总结了遥感技术在矿区开发状况和生态环境监测领域的应用现状及发展趋势，在此基础上指出了面临的关键问题、技术难点和解决思路，促进遥感技术在矿山遥感监测领域的应用。

【Abstract】Combined with the present situation of mineral resources exploitation and mine remote sensing monitoring technology， the paper analyzes and summarizes the application status and development trend of remote sensing technology in the field of mining area development and ecological environmental monitoring. On this basis， the paper points out the key problems， technical difficulties and solutions， and promotes the application of remote sensing technology in mine remote sensing monitoring field.

【关键词】矿山开发;遥感;监测

【Keywords】mine development; remote sensing; monitoring

【中图分类号】P237;TD17                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）02-0188-02

1 引言

矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础。我国的矿业开发规模位居世界第三，是我国的支柱性产业之一[1]。随着我国的工业化进程逐渐加快，煤矿、铁矿、油气等矿产资源的需求突增导致价格一路攀升，极大地促进了矿产资源领域的发展。但是长期以来，矿业开发秩序混乱，矿区缺乏实时监管，引发了如矿产资源浪费、越界违法开采、生态环境破坏等一系列问题。由于矿区的不合理开发，导致的水体污染、地面塌陷等地质灾害，已经对矿区人民的生命及财产安全构成了极大的威胁，制约了经济和社会的持续发展。

遥感技术在矿山开发监测中，能够通过提供客观、实时的遥感基础数据对矿区进行变化监测、生态环境监测和地质灾害分析。通过宏观的动态监测，对开采利用过程中引发的各种问题形成综合分析，为有关矿政部门提供技术支持，推进资源的综合利用，实现产业的可持续发展。

2 矿区遥感监测应用现状

遥感是一种空间探测技术，可以概括为借助光、热、无线电波等电磁能量来探测地物特性的科学[2]。遥感技术具有及时性、宽覆盖的特征，以高空视角短时间内即可实现对地面的大范围观测。同时，与传统野外现场勘查相比，克服人为因素的干扰，保证了获取信息的客观性和真实性。遥感信息已经逐步成为矿产开采的基本信息来源之一，在矿山开发管理、生态环境监测、地质灾害预警等领域中发挥了重要的作用。

目前应用比较广泛的高空间分辨率数据主要有WorldView、SPOT、QuickBird、国产高分系列等。商业对地观测卫星遥感数据中WorldView-4数据的全色波段分辨率已经达到0.3m，轨道重访周期1.1d;国内高空间分辨率卫星中的高分系列具有较高的定位精度，高分二号卫星（GF-2）空间分辨率优于1m，幅宽达到45km。高时间分辨率中以高分四号卫星数据应用较多，作为中国第一颗地球同步轨道卫星，拥有400m的超大幅宽，重访周期仅有20s。高光谱分辨率卫星数据Hyperion，几何分辨率30m，波段数高达220个。无人机遥感是一种航空遥感手段，相比卫星遥感具有精度高、成本低、续航时间长、实时传输、机动灵活的优势，已经开始应用于矿山监测中[3]。

2.1 矿产资源开发监测

矿产资源是一种不可再生资源，是社会生产发展的重要物质基础。矿产资源开发监测的常用遥感解译包括：

①矿产资源开采点位置：井口、硐口、露天开采场、活动采区等。

②开采矿产种类：铁矿、煤矿等。

③开采状况：正在开采、停产、关闭。

④开采方式：露天开采、地下开采、联合开采。

⑤矿业秩序：无证开采、越界开采等。通过对以上地物的监测，一方面可以对矿区開发状况进行动态监测，指导矿山发展规划和决策的制定，促进矿产资源的可持续化发展;另一方面也可以对矿产资源开发催生出的违规开采等问题起到监督作用，有效提高了矿政管理的工作效率。

2.2 矿山环境监测和治理

矿山开采的过程中对生态环境造成了一定程度的破坏，如水体污染、大气污染、植被退化、水土流失、土地塌陷等问题。在矿山环境监测中，利用高光谱影像数据，可开展大型水体环境、宏观生态环境、重大污染事故、核安全和生物多样性等生态环境遥感监测业务。例如，以水体的反射光谱特征和水体颜色为指标可以监测水体污染;根据污染区的作物与正常生长区作物的光谱比对可以确定地面污染。利用遥感技术构建矿区生态环境质量评价体系，进而对矿山的污染治理提出合理化建议。

2.3 地质灾害预警和分析

矿产资源开发带来了严重的环境地质问题，滑坡、采空塌陷在各地的采矿区频发。利用遥感技术进行地质灾害监测，主要体现在灾前预警、灾害监测和灾后重建三个方面。在矿山遥感监测中，通过对监控区域多期影像对比可以发现次生地质灾害的变化规律，排除矿山开采的安全隐患，对潜在的大型地质灾害进行预警，积极响应评估灾害损失，对灾后重建工作有指导意义。

3 遥感技术矿山监测应用的挑战

在矿山开发的过程中，利用多源遥感数据，能够快速、及时、准确地对地上地下采掘过程中引发的相关问题进行监控。但是，至今矿产资源遥感监测技术在理论研究和实际应用上仍存在一些不足，尚未得到大规模的推广利用，主要原因如下：

①我国矿山遥感的监测区域大部分位于中高山区，地形复杂多变，受不同开发方式的影响，会引发各种违法开采和不同的地质灾害问题。因此，正确选取监控区域、合理规划监控覆盖周期，是矿区遥感监测的前提条件。

②虽然目前遥感数据源种类繁多，但是卫星的整体性能和数据质量参差不齐，且长期依赖于国外数据，难以为周期性观测提供数据支撑。不同空间分辨率和光谱分辨率的数据价格不等，需要根据监测目标的成像机理来选取合适的数据源，以较高的性价比取得良好的监测效果。

③结合不同矿山实体要素的遥感影像特征，建立完善的质量控制体系，选取适宜的模式识别和图像分类算法。辐射校正和图像融合是高分遥感应用于矿山监测图像处理中的核心，需要进一步深入研究适用于大数据量级的高保真融合算法来提高矿山监测工作的精度和效率。

④矿山基础遥感数据库缺乏，阻碍了矿山遥感监测的推广应用。在缺少相应地质、测量、采矿信息资料的情况下，如何建立遥感地理模型和遥感信息模型，构建定量分析研究方法，实现多源遥感信息的复合是一项巨大的挑战。

4 进一步推广矿山遥感监测的建议

遥感技术在矿山的生产管理中发挥了巨大的作用，具有广阔的前景，为深入推进矿山遥感监测应用，提出了促进遥感应用与矿山监测的政策建议如下：

①加强宏观调控。加大政府引导力度，制定矿山遥感监测规范，完善矿山开采相关政策法规。合理统筹矿产资源开发规划布局，实现矿产资源的可持续开发与利用。对于矿山开采过程中的越界开采、非法转让采矿权和探矿权等违法行为，矿产资源监管机构和基层执法部门必须及时进行清理和查处，建立依法有序的开采秩序。

②选取适宜数据源。在满足经济适用的前提下，按照不同监控目标精度要求选取适宜分辨率的数据源。例如，利用中等分辨率卫星影像对露天采矿场等大尺度地物进行识别，对大范围的水体污染、地质塌陷、固体废弃物堆积等环境问题进行监测;利用高分辨率卫星影像可以对采矿场内部矿坑、尾矿库、排土场等小尺度地物的识别分类和变化监测，显示矿山内部布局和细节;利用高光谱卫星影像识别矿山环境要素和矿种类型，对矿山环境污染问题定量、半定量反演分析;利用微波遥感观测矿山开采所引起的地面沉降、塌陷等地质灾害问题，且监测过程中不受气象条件限制。

③构建技术体系。在矿山监测的过程中，应考虑多种遥感传感器之間的协同与立体观测，辅以无人机、地面固定平台等技术获取补充数据，结合人工智能、大数据集成分析技术促进矿山遥感监测的综合应用，构建通用、高效的监测技术体系。

5 结语

随着遥感技术的飞速发展，遥感影像的时间、空间和光谱分辨率不断提高，特别是国产资源卫星整体性能也日益精进，将为矿山资源开发利用提供及时、稳定的空间信息技术支持。相关矿政部门及企业应加强多源数据矿山遥感监测尺度问题研究，推进3S技术的集成化一体化进程，促进遥感技术在矿山可持续发展规划中的综合应用发展。

【参考文献】

【1】李万伦，甘甫平.矿山环境高光谱遥感监测研究进展[J].国土资源遥感，2016，28（02）：1-7.

【2】朱玉芳，王继朋，穆媛芮.遥感技术在矿山资源管理中的应用探讨[J].西部探矿工程，2017，29（05）：179-180.

【3】刘善军，王植，徐白山，毛亚纯.天空地多源遥感监测方法在矿山应用的研究[A].中国遥感应用协会环境遥感分会、中国遥感应用协会组织与培训交流部.第十七届中国环境遥感应用技术论坛论文集[C].中国遥感应用协会环境遥感分会、中国遥感应用协会组织与培训交流部：中国遥感应用协会，2013：5.