基于矿山水工环的遥感信息识别系统设计及应用

2022-06-24乔翔

世界有色金属 2022年7期

在矿山开采过程中，水工环地质灾害较多。而引发矿山水工环灾害的原因往往是矿山开发者只对矿山水工环进行了简单勘探，尚未进行全面检测就盲目进行开发，加之未采取保护性开采措施，导致矿山及周边地质环境被破坏，进而引发了水工环灾害。此外，在矿山开采过程中，工作人员因操作失误，也会对地表造成一定的破坏，进而引发灾害事故。经过近30年的应用研究，遥感技术凭借更先进的传感器技术、图像处理技术及计算机技术，在矿山水工环领域的应用取得了长足的发展

。技术人员可以利用遥感技术对矿山地表及地下的各种物品进行系统的分析，从而准确判断矿山所在地的地质情况，此外，还能监测水工环地质灾害，从而为工程建设、资源开发和环境治理等提供可靠的依据，提高矿山水工环工作的效率。

1 遥感技术概述

遥感技术，简称为“RS”技术，是一种借助传感器等先进的仪器设备，通过分析探测目标对光谱进行吸收、反射以及辐射性能的差异，从而实现感知并识别被勘探物的。在实际生活中，工作人员借助遥感技术可以更全面、准确地勘探地面环境和资源，从而更好地对资源利用和环境保护进行规划。尤其是在矿山水工环地质勘查工作中运用遥感技术，具有很极大的优势

。具体体现在，遥感技术具有极高的分辨率，勘查的范围较广，勘查的精度及效率较高。尤其是随着我国北斗卫星成功组网运行，更是进一步拓宽了遥感技术的运用范围，并极大提升了遥感结果的准确性。

2 近年来矿山水工环地质勘查发展的现状

近年来，化石资源枯竭以及环境恶化问题已经成为世界性的发展危机。因此，人们越来越意识到环境问题的重要性，对于环境保护的意识逐渐提高了起来，为了实现可持续发展，对于资源开发利用又有了新的理解和定义，越来越重视地质勘查工作的开展，这也进一步促进了水工环地质勘查技术的发展

。在进行矿山开发工作之前，工作人员需要对矿山的水工环地质进行勘探，足够了解矿山及周围的地质情况和环境情况，摸清周边的环境能承受的等级，从而保障在后续开发过程中可能面临的各种各样的因素，一味矿山的可持续性开发提供支撑。

经过分析，我们再次将高于中介中心度指标均值的节点作为关键中心节点，新增重庆红岩、重庆夜景、名山、神女峰景区、神农溪、三峡人家、恩施大峡谷、武汉东湖为关键中心节点。印证上文对三峡游客流动空间网络结构特征图及整体中心度的分析：三峡旅游正逐步形成都市带动三峡整体旅游的发展趋势。从数据显示来看，三峡旅游腹地景区发展较为成熟并取得较大成功的景区为恩施大峡谷(土司城)，三峡旅游逐步形成重庆都市圈、武汉都市圈、奉节—巫山-巴东-秭归经典段、恩施武陵山片区四大空间发展格局。

我国经过多年来的发展，在水工环地质勘查工作方面已经取得了巨大的成就。但在取得巨大成就的同时，仍存在不少的发展问题，具体表现在两个方面：第一，因为我国地域辽阔，区域地理条件存在着较大的差异性，这就要求在不同区域进行矿山水工环地质勘查工作时，必须根据本地区的额实际情况来进行，尤其是特殊区域。但就目前而言，我国部分地区在开展矿山水工环地质勘查工作时，并未从本地区的实际情况出发，而是盲目照搬其他区域的工作经验，导致勘查的结果并不精准；第二，当前我国正在进一步加深体制改革，同时我国社会经济已经步入到发展的新常态，经济环境发生了巨大的变化。但当前我国部分地区的地质工作人员尚未适应时代的发展，没有及时转变思想观念，实现技术升级转型。

3 遥感技术在矿山水工环领域应用的重要作用

近年来，随着科学技术的发展，数字摄影测量技术逐渐兴起，并开始被广泛运用，在很大程度上推动了制图工作的现代化发展。而这一技术与遥感技术的有效结合，不仅能影响到遥感技术的调查方法，还能有效提升基础图像的成图效率与质量。

最后是进行数据采集无线设备电机的设计。目前，市场上能够实现PLC主程序与附属程序之间沟通的无线设备较多，因此，可供选择的类型较多。经过反复对比，本系统采用了TTY590无线设备来实现数据的传输。在模块化设计中，基于TTY590无线设备，需要根据设备协议和机械指令来实现数据的采集，然后进行数据的保存。在此基础上，可以按照相关规定的数值来设定PLC主程序的无线设备通讯地址，然后详细记录数据采集电机旋转的角度。此外，还要设置好遥感激光器控制模块的遥感频率及功率。完成这些调制后，就能够调制出适合矿山水工环数据采集的电机了。

为了确保水利工程能按时交工使用，在水利工程决策时期，业主及设计方应尽量做到如下几点：充分掌握水利工程的建设规模、整体布局及成本预算等；大量收集相关水文、地质、环境等具体资料，同时实地勘测施工现场；通过分析搜集到的及现场勘测和调查等的相关资料，同时借鉴以往的施工经验信息，科学分析工程项目的可行性；通过逆向思维展开分析，对可能引起水利工程进度延误的相关因素进行预防控制等。总之，在水利工程项目决策阶段，需要充分结合风险识别，实现对风险的预防、发现和及时转移。

在实际运用中，数字摄影测量技术形成的图像资料，可以直接作为GIS的数据源。这样一来，就能促进GIS技术与遥感技术的深度融合，不仅促进了二者的更好发展，更促进了我国测绘事业的健康发展

。

在实际运用过程中，遥感技术主要是运用传感器，借助计算机技术和图像处理技术进行工作。而且，遥感技术越来越完善，也越来越先进，具有十分广阔的应用前景。

3.1 提升了测绘结果的精密性与准确性

目前，将遥感技术应用在测绘行业当中，工作人员可以根据测绘工作实际的需求，有效将其与各种信息元进行有效的结合

。例如：遥感技术可以与地质信息、水文信息、土壤信息、气象信息、物理力学特征等信息元进行结合，开始向着多元化信息整合的方向发展。这样一来，遥感技术就会在矿山水工环地质勘测工作中发挥越来越重要的作用。

3.2 多元化的信息拟合

将遥感技术运用到矿山水工环领域，能极大地提升测绘结果的精密性与准确性。在传统的矿山水工环测绘工作时，虽然也应用了多光谱技术，但相对而言，传统测绘方式中应用的光段较少，且大都是对几何形态进行利用，这就导致在测绘结构的精确度与准确度方面存在着一定的缺陷。而运用遥感技术进行矿山水工环勘探，可以借助图像解译技术，更好地解读光谱信息，从而使接收到的波段得到大幅度的提升，因此，增加了测绘过程中光段的应用数量。这样工作人员就可以更全面地对地面物体的色调、纹理以及几何形态进行准确而有效的分析。然后，工作人员可以配合使用成像光谱仪技术，提升测绘结果的精密性与准确性，从而为后续工作的开展奠定良好的基础。

3.3 提升基础图像的成图效率与质量

目前，遥感技术逐渐与GIS技术和GPS技术进行了深度的结合，成为当前测绘技术不可或缺的组成内容，并被广泛运用到水工环领域的勘探工作当中，发挥着越来越重要的作用。

在运用遥感技术对矿山进行水工环地质测绘工作时，不仅可以快速而准确地掌握地面的信息，同时还可以科学、有效地绘制被勘探区域的地面空间特征，进而检测地面存在的环境污染问题

。具体来说，在矿山水工环领域运用遥感技术主要具有如下几个方面的作用。

4 基于矿山水工环的遥感信息识别系统设计

4.1 系统硬件的设计

首先，为了保证系统中智能遥感识别器对数据采集的精准性，应科学设计系统的硬件系统。具体来说，就是科学设计智能遥感识别器的中的单片机。在具体操作中，对单片机植入了108M3396fie45V芯片，将其作为单片机数据采集服务器的终端，以便于更好地对矿山水工环图像进行监测和数据采集。此外，还应对其进行模块化设计，划分成传感器模块、108M3396fie45V芯片模块、系统控制模块以及图像采集处理模块。在实际运用中，可以通过108M3396fie45V单片机来供应10×200的6位CMOS图像，其数据传输流程如图1所示。其中，108M3396fie45V单片机的主要应用设备包括蓄电池、不间断供电的电源、可以对颜色和噪声声波进行过滤的滤波器和湿度传感器。此外，还包括在单片机内部镶嵌的2K×18位的ROW，以及通过终端的数据监测系统的硬件配电单元电路传输设备。然后组装在一起，这样单片机就可以不用通过屏幕的切换，同时显示出采集到的25个目标的图像。同时，保存图像的内部存储空间也增大了很多，能保存更多的图像和数据。此外，特别设置的蓄电池以及不间断供电的电源，还能确保系统在工作的过程中，不会因为电池的续航出现问题而影响到数据采集工作的顺利进行，避免出现数据采集工作被迫中断的现象。

其次，是设计图像处理板。在矿山水工环地质勘查工作中，数据采集的方式一般是以数据参数作为划分的标准，而且，图像处理模块在采集图像视觉效果的同时，还必须兼顾地质图像的分析工作。因此，图像处理模块应分为输入模块、智能处理模块、数据保存模块、数据传输模块、图像还原地质模块以及调试接口

。在这一环节，主要采用了S/D芯片。因为这种S/D芯片具有良好的抗抖动能力，十分符合遥感识别的技术要求，能够直接完成高清图像的采集工作，从而将矿山水工环的地表情况完整、清晰地展现在我们的面前。而在数据处理方面，采用了DSP处理器。这种DSP处理器能够对数据进行有效的压缩，这样经过压缩的数据就能更方便、快捷地进行传输。而在数据和图片的存储方面，则采用了网络控制芯片来实现。

WANG Yulian, YIN Wanzhong, LI Ang, et al. Preparation and crystallization kinetics of nesquehonite whiskers with thermal decomposition method[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018(6):107-113.

4.2 软件系统设计

基于矿山水工环的遥感信息识别系统，在系统软件方面的设计主要是通过AT指令来进行的。通过AT指令软件的设计，能够实现本系统不同单元之间的通信连接。一般来说，AT指令主要是从系统服务器终端向无人机以及多光谱传感器设备发送相应的控制指令。在实际运用中，当发送指令时，除了“AT”两个字符以外，最多只能发送1200字符长度的指令，而且，每条指令只能执行一个控制。不能在一条指令中存在多条不同的指示或者相应，以免出现错误。具体的AT指令和功能详见表1。此外，为了保证系统对于数据接受的效率，在软件设计时，还应设计自动接收数据的指令，这样一来，系统模块就不需要通过AT指令来进行数据的接受，而是自动在串口输出采集到的地质数据。然后通过108M3396fie45V芯片单片机自动将数据利用网络传输到矿山水工环数据监测部门，并自动实现数据的备份。

前天晚上他打麻将被别人合伙整惨了，输了一百多块钱，那可差不多是他一个月的低保费呀。钻心的疼痛折磨得一夜未合眼。一大早牛黄丸就爬起来，啃完剩下的半个面包，拿上钓鱼工具骑单车来池塘。

此外，在进行软件设计时，还应设置设备报警信号，这样当发现矿山水工环地质数据出现异常情况时，可以通过108M3396fie45V单片机，将异常的数据通过网络传输到本地矿业数据监测部门，同时还能够自动向本地数据监测部门发射报警信号，并将备份数据上传到总监测部门。最后，为了保证数据采集过程中的安全性，在设计过程中，还应针对采集的数据进行三列算法加密处理，将采集到的所有数据都转换成为三列加密的数据，然后进行加密传输。而完成数据传输后，接收人员可以借助预先设定的独特的三列数据算法，将接收到的数据提取出来，从而得到对应的三列值，完成最终的数据采集。通过这样的设计，能在最大限度上保证数据的安全性。

5 测试实验

为了验证本系统设计的效果，对其进行了测试实验。首先进行的是数据采集可靠性的测试。在具体的测试实验操作中，先对植入了108M3396fie45V芯片的单片机产生的同频率边缘测试脉冲信号作为信号发射与终端解频信号，发送频率设置为15Hz，边缘测试的两路回弹信号间隔设置为4550。然后将无线续航的蓄电池连接到单片机上。在此基础上，对单片机的参数进行修改，使接收信号的途径扩展到原先的3倍，并采取针对性措施，确保所有的接受路径都能畅通无阻。而经过测试，发现数据的传播速度提升为原本速度的4倍。而在图像处理方面，先将图像处理器与ROM连接在一起，然后进行测验。测验结果显示，大量的数据可以传输在统一的屏幕上，而且该屏幕可以同时显示出25个数据的图像。经过测试实验，植入了108M3396fie45V芯片的单片机保存的数据为原本系统数据保存的2倍，且保存的数据具有连续性。传输的数据不仅连续，而且还极为精准，特别是操作人员因操作失误而误发的数据也可以被识别出来，极大增强了数据的可靠性。此外，为了保证实验的准确性，避免只进行一次实验，可能因各种因素的影响导致实验结果存在着较大的偶然性。因此，对上述的实验步骤进行了10次的反复操作，每次实验的结果略有一点差异，但差异并不明显。由此可以证明，本系统具有良好的应用效果，具有良好的应用前景。

当骨折导致的治疗成本在29 336～37 007元间变动时，当其他参数不变时，ICER的变动范围在38 075.00～45 746.00。当骨折导致的治疗成本选取了最小值29 336时，芪骨胶囊方案和仙灵骨葆胶囊治疗方案所需的总成本分别为1 984.94元和1 344.96元，有效率为99.72%和98.32%，ICER为45 746.00。当骨折导致的治疗成本选取了最大值37 007时，芪骨胶囊方案和仙灵骨葆胶囊治疗方案所需的总成本分别为2 006.55元和1 473.88元，有效率为99.72%和98.32%，ICER为38 075.00。