關(guān)于遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測研究

葉東博

（遼寧省有色地質(zhì)一〇五隊有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125000）

遼寧省葫蘆島市礦產(chǎn)資源極為豐富，其富含豐富的鐵、銅、銀、鋅礦產(chǎn)資源，其中主要以鐵礦為主，年開采量已經(jīng)達到了5.6萬噸，是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用程度比較高的城市。隨著社會發(fā)展對礦產(chǎn)資源需求量的逐漸增多，遼寧省葫蘆島市礦山開采規(guī)模以及開采力度也隨不斷增大，由于經(jīng)過長時期大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開采，遼寧省葫蘆島市雖然為社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)作出了巨大的貢獻，但是也帶來了一定的負面影響，比如遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、地質(zhì)環(huán)境惡化、地質(zhì)環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。為了保護遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境，控制礦山胡亂開采等違法行為的發(fā)生，在2004年～2016年間部分地質(zhì)小組對遼寧省葫蘆島市部署了礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測工作，利用遙感監(jiān)測技術(shù)對礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的有益作用，對重點開發(fā)礦山開展了大規(guī)模地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和遙感監(jiān)測，并取得了一定的監(jiān)測成果。通過對大量地質(zhì)環(huán)境資源的收集、整理和分析，了解了目前遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果制定了周密的治理措施，對遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境改善和環(huán)境保護具有作用，為此提出關(guān)于遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測研究。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)

礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)，是一種利用電磁裝飾實現(xiàn)對被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部各類不同物質(zhì)的監(jiān)查和對比。在進行具體監(jiān)測的的過程中，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的條件十分復(fù)雜，并且需要進行監(jiān)測的范圍較大，因此綜合各方面因素，在實際監(jiān)測過程中，更多礦山地質(zhì)企業(yè)會選擇通過航天遙感的方式作為主要的監(jiān)測方法[1]。與以往傳統(tǒng)的監(jiān)測方法相比，將礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于實際，能夠有效提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性，并且能夠進一步擴大監(jiān)測的具體范圍[2]。同時隨著當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測技術(shù)相對應(yīng)的遙感裝置也在不斷的完善和創(chuàng)新，因此未來礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用將是礦山地質(zhì)勘查中實現(xiàn)對環(huán)境的動態(tài)變化監(jiān)測、對固體廢物的堆積分布以及對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的必然趨勢。

2 遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感數(shù)據(jù)及平臺選擇

為了保證遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測境地，此次選擇多時相、高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)源，選擇的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)分別為KapidEye、Pleiades、IKONOS、QickBird、GeoEye、SPOT、Worldview-2、資源一號以及高分一號等高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)。此次遙感監(jiān)測對象主要為遼寧省葫蘆島市以井硐開采為主的礦山，監(jiān)測面積為126.62萬hm2。遙感數(shù)據(jù)主要分為1：50000比例尺圖像數(shù)據(jù)和1；10000比例尺圖像數(shù)據(jù)兩種，其中1：50000比例尺圖像數(shù)據(jù)選擇最新時項的分辨率大于4.5m的高光譜遙感光學(xué)數(shù)據(jù)；1；10000比例尺圖像數(shù)據(jù)選擇最新時項的分辨率大于1.5m的高光譜遙感光學(xué)數(shù)據(jù)[3]。對于遙感數(shù)據(jù)難于獲取的區(qū)域，其地質(zhì)數(shù)據(jù)可以選擇質(zhì)量較高的雷達數(shù)據(jù)，以此完成礦山地質(zhì)環(huán)境遙感數(shù)據(jù)及平臺的選擇，為后續(xù)工作的開展提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 遙感圖像處理

礦山地質(zhì)環(huán)境遙感數(shù)據(jù)量比較大，且監(jiān)測的內(nèi)容比較復(fù)雜，比如遼寧省葫蘆島市礦山的采場、中轉(zhuǎn)場地資源破壞情況、礦山水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境情況以及礦山開采占地以及地質(zhì)演變情況等等，因此需要將遙感數(shù)據(jù)平臺上的圖像數(shù)據(jù)進行分類處理，首先從遙感衛(wèi)星影像庫中調(diào)取礦山遙感影像作為分類數(shù)據(jù)，假設(shè)在遙感衛(wèi)星圖像庫中包含i幅礦山遙感影像，則將i幅圖像稱為一個數(shù)據(jù)集，為確定數(shù)據(jù)集的影像分類特征，將數(shù)據(jù)集設(shè)為x，可得礦山遙感影像數(shù)據(jù)集x的計算公式如下所示：

公式（1）中，r為礦山遙感影像數(shù)據(jù)集中影像分類的區(qū)域特征；d為礦山遙感影像分類的區(qū)域特征維數(shù)；B為礦山遙感影像分類的邏輯矢量[4]。在礦山遙感影像數(shù)據(jù)集x中，設(shè)既定的圖像分類標(biāo)簽個數(shù)為c，則一個圖像分類的子區(qū)域只能與一個標(biāo)簽相對應(yīng)，用公式表示如下：

公式（2）中，g為礦山遙感影像分類子區(qū)域的標(biāo)簽向量；n為礦山遙感影像分類子區(qū)域的標(biāo)簽特征維數(shù)；u為礦山遙感影像分類標(biāo)簽參數(shù)[5]。在確定礦山遙感影像分類標(biāo)簽的基礎(chǔ)上，確定礦山遙感影像分類特征。設(shè)礦山遙感影像分類特征為q，則q的計算公式如下：

公式（3）中，y為礦山遙感影像中分類權(quán)重的參數(shù)。求得礦山遙感影像分類特征后，利用影像的特征維數(shù)進行分類，得到多個獨立的區(qū)域影像。

在上述基礎(chǔ)上，將多個獨立的區(qū)域影像分類通過鄰近之間信息傳遞，在人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中建立遙感影像分類矩陣，對遼

寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)進行分類處理，其過程如下。首先，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，建立矩陣的基礎(chǔ)是求得多個獨立的區(qū)域圖像之間的相似度。假設(shè)多個獨立的區(qū)域圖像之間的相似度為s，將s作為礦山遙感影像分類依據(jù)，其計算公式如下：

公式（4）中，s為區(qū)域影像之間的相似度；a為標(biāo)注的礦山遙感影像分類空間平滑系數(shù)；f為標(biāo)注的礦山遙感影像分類空間摩擦系數(shù)[6]。得出多個獨立的區(qū)域圖像之間的相似度后，對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遙感影像分類矩陣進行求解。設(shè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遙感影像分類矩陣為r，則r的計算公式如下：

公式（5）中，y為礦山遙感影像分類標(biāo)簽與圖像分類子區(qū)域標(biāo)簽的對應(yīng)約束關(guān)系；T為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遙感影像分類矩陣的運算過程；v為礦山遙感影像分類標(biāo)簽與影像分類子區(qū)域標(biāo)簽的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系。通過建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遙感影像分類矩陣，將確定的礦山遙感影像分類特征進行融合，使同一類別的影像區(qū)域很容易被聚類到一起，以此完成遙感圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理，為后續(xù)遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測結(jié)果分析提供依據(jù)。

2.3 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測成果

在上文基礎(chǔ)上，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)對遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境進行總結(jié)分析。首先通過監(jiān)測數(shù)據(jù)資料了解遼寧省葫蘆島市礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)情況，從眾多遙感影像數(shù)據(jù)中提取到了2364個疑似違法開采點，其中對2011年～2016年各年度全葫蘆島市范圍分別提取到礦山違法開采點156個、286個、364個、596個、694個、864個，礦山開采點分別為1643個、2643個、3964個、4954個、5923個、5961個，通過對礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，繪制了遼寧省葫蘆島市礦山開采點曲線圖，如下圖所示。

圖1 遼寧省葫蘆島市礦山開采點曲線圖

從上圖可以看出，遼寧省葫蘆島市礦山開采點數(shù)量正逐年增加，礦山開采面積也在逐年增加，同時違法開采點數(shù)量也在不斷增加。根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，礦山違法開采主要集中在遼寧省葫蘆島市東北部和西南部區(qū)域，而礦山開采區(qū)域主要集中在遼寧省葫蘆島市西北部和西南部。

通過對遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，進一步了解到不同礦種的占地面積情況，全市礦山開發(fā)占地面積為13.26萬hm2，大約占遼寧省葫蘆島市總面積的五分之一，按照礦山所屬類型，對各個類型礦山占地面積進行了統(tǒng)計，如下圖所示。

圖2 不同類型礦山占地面積統(tǒng)計圖

從上圖可以看出，遼寧省葫蘆島市占地面積最大的礦山類型為黑色金屬礦山，也就是遼寧省葫蘆島市礦山開采以鐵礦、銅礦等黑色金屬為主要礦山資源類型。其次是能源，能源礦山占地面積也比較大，僅次于黑色金屬礦山。根據(jù)有關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，遼寧省葫蘆島市礦山開采主要以露天形式開采為主，這是造成礦山占地面積較大的主要原因，因此在未來遼寧省葫蘆島市礦山開采需要調(diào)整開采方法和開發(fā)手段，減小用地面積，以此完成關(guān)于遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測研究。

3 結(jié)語

本文對遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測進行了研究，結(jié)合遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測資料，總結(jié)了遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境存在的問題。此次研究對遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用具有一定的推廣作用，同時對遼寧省葫蘆島市礦山地質(zhì)環(huán)境保護以及綠色礦山建設(shè)具有良好的現(xiàn)實意義，有利于促進遼寧省葫蘆島市礦山礦產(chǎn)資源可持續(xù)開發(fā)與利用，為礦山地質(zhì)環(huán)境管理部門提供了有利的決策支持，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。