遥感与GIS技术在苍山矿山开采动态监测中的应用研究汇总.docx

1、遥感与GIS技术在苍山矿山开采动态监测中的应用研究汇总成果与方法遥感与 G IS 技术在苍山矿山开采动态监测中的应用研究曹洪松 , 宋宝国 , 陈玉成 , 石 建 , 邓先睿(山东省国土测绘院 , 山东 济南 250013摘要 :利用 SPOT, QU IC K BIRD 卫星数据 , 以苍山地区矿山开采监 测为试点 , 通过融 合、 校 正、 图 像处理 , 得到 高清晰 度 1 1万 1 5000正射遥感图像 ; 通过解译和野外踏勘 , 建立矿山遥感解译标志 ; 运用 M apI NFO 等 G IS 信息系统软 件 , 建立其全息数据库 , 通过人机 交互和目视 解译 , 对矿山 开采图

2、 斑及其 变化 信息分 层矢 量化提 取 , 结合 野外调 查 , 对研究区所有矿山开采属性等在数据库平台上进行 分类统 计分析 , 为各 级国土 资源管 理部门对 矿产资 源开发 秩序监督管理提供及时 、 准确、 全 面的有用信息 , 有效地提高了基层矿产资源执 法监管效果 , 是山 东省整顿、 规范矿 业秩序的创新。关键词 :卫星数据 ; 遥感 ; 矿山监测 ; 山东苍 山中图分类号 :TD171; P237; P 208 文献标识码 :A0 引言苍山地处鲁西地块之南部 , 成矿地质条件优越 , 境内发现矿产 20余种 , 目前获得采 矿权的矿山有 63处。矿种主要有铁、 石膏、 硅石 (

3、石英砂等 、 石灰 岩、 粘土、 页岩、 矿泉水等。国务院下发 关于全面整顿和规范矿产资源开 发秩序工作的通知 后 , 山东省委、 省政府及时制定 了 山东省整顿和规范矿产资源开发秩序工作实施 方案 。为配合这项工作 , 确定在苍山地区设立矿 山开采遥感监测试点。利用遥感技术先进、 面广、 时 效性强的特点 , 为矿产资源监管提供科学、 可靠的信 息。通过近 1年的试验证明 , 利用卫星遥感手段 , 实 时获取矿业活动重点地区的地面开采信息 , 结合地 理信息数据库技术 , 可 有效提高矿政 管理的效率。 该项目是遥感技术 (RS 与 G I S 用于矿政管理的探 索 , 可为其他地区矿山开采

4、监测管理提供经验和技 术流程 。1 遥感数据预处理 1. 1 数据源选择基于矿山监测对时效性的要求 , 选择法国斯波 特 (SPOT 和美国快鸟 (QUI CKB I RD 相结合的遥感 卫星数据 , SPOT 以 2. 5m 全色数据和 10m 多光谱 数据 为 主 要 数 据 源 , 重点 区 域 或 全 区 结 合 使 用 QU I C KBI RD 卫星数据 (空间分辨率为 0. 61m , 多光 谱 2. 44m 影像进行遥感监测。遥感影像要求信息 量丰富、 影像纹理清晰 , 云量不超过 10%, 重要区域 没有云雾影响。收集监测区 1 5万地形图 (要求矢 量数据和 DRG 2种形

5、式 、 1 1万比例尺地形图 (要 求 DRG 形式 和已登记 矿山的 范围的 属性 (以数 据、 图形或矢量形式收集 。1. 2 内业处理要求单时相全色影像纠正中误差不超过 2个像素。 全色与多光谱数据配准中误差不超过 1个像素 , 图 像几何精校正采用 2次多项式坐标拟合 , 并采用 3次卷积法进行重采样 , 融合图像和 2个时相的几何 均方误差 (R M S 小于一个像元。行政 区界线和有 关界线与遥感影像套合后 , 满足 1 1万比例尺地形第 23卷第 6! 7期 山 东 国 土 资 源 2007年 6! 7月*收稿日期 :2007-04-23; 修订日期 :2007-06-11; 编

6、辑 :曹丽丽作者简介 :曹洪松 (1962-, 男 , 山东冠县人 , 高级工程师 , 主要从事遥感地质工作。山东省国土测绘院 , 山东省苍山地区矿山开采卫星遥感调查与动态监测报告 , 2007年。图精度要求 , 行政辖区界线、 矿山开采范围线与遥感 影像套合后 , 要求线的 走向与相关地 物协调一致。 套合界线原则上与明显地物点位置较差的中误差 , 有明显地物地区不超过图上 0. 3mm, 影像判读复杂 区不超过 1mm 。1. 3 多源遥感图像处理遥感图像处理包括图像融合、 几何校正、 颜色调 配、 增强处理及其镶嵌接边、 坐标转换等。图像融合 可以充分利用多源数据的互补性获取更加丰富的有

7、 用、 可靠信息 , 使遥感信息得到最大限度的应用。本 次实验研究根据监测任务选用多源、 多时相与多分 辨率遥感数据 (SPOT 5, QU I CKBI RD 影像 , 对图像 进行纠正、 增强等处理 , 选取最佳波段组合的多光谱 影像 , 与高分辨率全色影像进行融合 , 产生具有丰富 空间信息和光谱信息的融合影像。首先利用符合精 度要求 的 1 1万 的地 理基础 图件 , 对 SPOT 5和 QU I CKB I R D 全色数据进行几何校正 , 再将两者多光 谱数据与校正后的影像配准、 融合 , 制作模拟真彩色 1 1万和 1 5000卫星影像专题图。同时数据保留 于数据库中。图像正射

8、校正以研究区 1 1万或 1 5000DRG /LUDRG为参考 , 在 ERDAS I M AGI NE 系 统内应用共线方程进行 , 地形数据采用同比例尺的 数字地面模型 。2 矿山开采信息提取2. 1 遥感资料分析矿山调查及动态监测采用法国 SPOT 5号卫星 数字图像为基底信息源 , 能够较清晰的反映开采区 的基本现状 , 采 用清晰度更高的 QU I C KB I R D 卫星 数字图像作为采矿地区、 地下开采区的详细调查解 译 , 能够较准确的判读出更多解译目标 , 加之各种专 题图及人文资料的信息叠加、 复合可以全面满足监 测的需求。2. 2 遥感解译遥感解 译主 要包括 图像

9、分 析、 变化 信息 发现 (建立解译标 志 、 变化 信息提 取、 内 业预处 理等。 数据库建设同步 , 信息提取、 内业解译、 图斑表示等 工作在数据库中进行。2. 3 矿山资源开采信息的表示与发现按国土资源部门提供的矿山采矿权登记数据库 资料进行收集整 理 , 以 矿种或位 置 (乡镇 按 序编 排 , 以不漏掉矿山为原则 , 从西向东 , 从北往南进行 列表。按矿山采矿权登记表 , 以实际拐点坐标准确 标绘 1 1万专题图上。以符号或相应图形颜色表示 矿山类型 , 并将顺序号标注在采矿点图框的右上方 , 此项工作需仔细认真 , 这是已有采矿权实际材料图。 然后将这些已知矿山信息全部录

10、入到基于 M apI N FO 的 G I S 数据库中 , 并通过库文件打印在 1 1万遥 感影像专题图件上。2. 4 建立解译标志对于高分辨率遥感图像 , 一般采用直接解译标 志就可满足要求 , 可以清楚地观察丰富的矿山图斑 结构信息 , 对 于其属 性 , 间 接解 译标志 也很需 用。 如 :矿山开采往往伴随着植被破坏、 山体开掘、 道路 修建、 矿井设施 (为地下开采主信息 、 矿渣 (石 堆 积等的出现 , 可以设法提取含有这类地物形状特征 及其空间关系的特征 , 作为识别的依据。其中道路 的新旧程度、 现场有否运输设备斑点可作为矿山在 采与否的判别标志 (表 1 。建立解译标志须

11、遵循从 表 1 苍山地区矿山快鸟融合真彩色图像遥感解译标志 矿种开采类型影 像 解 译 标 志铁矿 露天的过渡色 , 颜色中 心深、 边部淡。 图斑边 界清 晰 , 采坑影象 明晰易 辨 , 矿坑 条带 状分布。 在 矿山采矿附近、 外围 有选矿 厂和矿 渣堆 , 呈 不规 则多边形图斑。矿区道路影纹 明显呈浅亮色 , 道路清新往往表示正在开采 , (下同 。植被被 破坏 , 不同于背景色玻璃用石英砂岩露天色调呈 乳白粉 色斑纹 或呈淡 浅亮色 影纹斑 块。形状呈不规则的多边形图斑组合。有明 显的道路连通其间。附近一般有浅白色或淡红 白色矿山收集场或亮白色选矿厂及选矿设施图斑石膏矿 地下图斑色

12、调呈亮白色 , 局部有淡 黄色和红色的 斑块和斑点。 形状呈 矩形图 斑。 周边道 路发 达 , 外围一般为绿色农田。其图 斑内有星点状 暗红点 , 一般为井架平台斑点建筑用石料露天浅亮混合斑块 , 或灰色的暗黑色窄 条带夹杂浅白 色块。图斑 形状呈 不规则 的多 边形。 有供 运输车辆通行的清晰的、 亮白色道 路延伸。周 边有选矿厂浅亮 色调图 斑存在。或 有矿石 收集 场堆积物影像。植被被破坏影像明显砖瓦用粘土露天色调呈 褐灰、 土 黄、 淡灰组 合色调但 以浅灰 色为主色调。 形状 为上述 几种色 调的不 规则 图斑。边界不清晰。人工活动迹 象明显 , 与其 连接的道路清晰页岩 露天色调

13、呈灰、 灰白色的条带斑 块 , 不规则分布 , 背景色有灰色、 黄绿色。形状呈 条带状地貌陡 坎特征 , 顺等高线分布 山东省国土测绘院 , 矿山开采动态遥感技术监测规程 (征求 意见稿 , 2007年。已知到未知和逻辑推理的原则。将各种已登记的矿 山按照其登记范围标注在处理好的卫星图像上 , 按 矿种建立直接和间接解译标志并入数据库 1。 2. 5 变化图斑提取通过差值法或计算机 (非 监督分类法等方法 , 初步判识变化信息。采用人机交互解译等方式对变 化信息综合分析并进行解译辨识 , 然后确定各类图 斑信息。首先根据差异图像快速发现已经存在矿山 开采变化信息的区域位置 ; 其次在光谱特征变

14、异图 像上初步判断是否变化、 变化异常类型等 ; 然后追索 其清晰的图像边缘 , 用折线勾绘变化图斑的边界 , 用 多边形闭合图斑目标。并填写 矿山解译调查表 #。 2. 6 变化图斑表示将采集 好的 变 化 图 斑 数 据 在 G I S 平 台软 件 M apI N FO 下进行整理 , 基本肯定的变化图斑用大红 色表示 , 可疑的变化图斑用粉红色表示 , 图斑编号 以县级行政辖区为单位 , 从左到右 , 自上而下的顺序 编号 , 具体编码是 4位行政区号 +轮次码 +6位图 幅号 +2位图斑编号 , 利用 G I S 软件自动计算图斑 面积、 座标 , 对影像图和矢量数据配准整饰 , 叠

15、合打 印 , 为外业调查做好准备。2. 7 野外调查与矿山分类野外调查主要验证各种矿山图斑的属性。 疑 似矿山图斑 #经野外查证后称为 矿山图斑 #。苍山 地区遥感监测矿山分 2大类 :一类是登记矿 山 (再 按矿种分类 ; 一类是矿山图斑 :分在采、 越界、 停采 几种类型 , 每一类再按矿种细分。工作中以内业处 理和内业判读解译为主 , 以外业调查验证为辅。外 业调查前需拟定调查线路 , 统一观察标准。遥感监 测矿山图斑状况野外核查分类判断原则见表 2。外 业调查前需配发统一的外业调查记录表 (根据需要 统一设计 。野外调查内容原则上是所有内业提取 的有关信息 , 特别是内业无法确定或需要

16、调查确认 属性的信息 , 应逐个进行实际 是否开采 #的调查 , 实地核对监测信息图斑的准确性、 属性 (类型、 范围 等 , 补 充调查 监测遗漏 图斑或信 息 , 确 保监测精 度。2. 8 内业修改依据调查结果需要对变化图斑进行内业修正 , 确保内 外业 成 果 一 致。 该步 骤 在 G I S 平 台 软件 M apI N FO 下进行 , 内容包括修改判断错误的图斑范 围及属性信息 , 剔除伪图斑 , 为建立变化信息数据库 做好数据整理。表 2 遥感解译矿山图斑状况核查分 类判断原则矿山分类 野 外 判 断 原 则在采矿山图斑调查时现场见到 开采人 员 , 设 备 , 工具 等。有

17、 新采好的矿石堆积 , 且通往采场的专用 道上载重轮胎 印痕清晰 ; 或采掘 面和采 掘场地 同时痕 迹新 鲜 , 同时 有新鲜的载重运输工具轮胎痕迹停采矿山图斑没有新近开采面开采场地痕迹 , 没 有近期载重运 输工具遗留的痕迹。 通向开采 场地的道 路破旧或 有植被发育越界在采矿山分布在登记矿山采坑外围 , 形态上 或空间上有一 定的延续性和接近性。 调查 时现场 观察到 有近期 (十几天内 开采痕迹或正在开采2. 9 执法部门核查确认国土资源执法部门依据遥感解译与野外调查提 供的第一手监测信息资料 , 即登记矿山、 矿山图斑 , 组织进行现场核查 , 对矿山调查图斑的真伪、 属性等 进行确

18、认 , 核实许可证号、 非法开采类型等 , 填写部 门意见 , 并反馈调查监测单位 , 录入信息数据库中。 2. 10 计算机成图和统计汇总计算机成图包括制作多种比例尺遥感影像图及 矿山开采遥感监测专题图等。原则上选择当前的、 数据分辨率较高的、 整体效果较好的作为背景影像 , 其整体色彩尽可能模拟自然真彩色。图件命名以县 级行政辖区为制作单位的图件 , 文件名称为主城区 或县 (区、 市 名称。统计 汇总工 作一般 为属 性统 计 , 表格录入前的外业调查表应保证完整、 准确 , 符 合填写与入库要求。数据库中每处矿山的属性表内容有 40余种 , 主 要有 :I D 号、 编号、 登记情况、

19、 许可证号、 申请人、 地 址、 矿山名称、 所属乡镇、 起始经纬度、 开采主矿种、 其他主矿种、 设计规模、 开采类型、 采矿方法、 开采现 状、 区域坐标、 拐点坐标、 采深上下限、 矿区面积、 法 定代表人、 有效期限、 有效期起止时间、 影像特征、 验 证情况、 所属行政区、 执法检查、 矿山类型 (登记矿 山、 矿山 、 非法类型 (在采、 停采、 越界、 其他 、 照片 编号、 调查时间、 调查人等。限于统计表格实际大小 所限 , 优先统计打印重要属性信息 , 或分表统计。 3 同步建立动态监测数据库利用 M apI N FO GIS 等软件 , 由资料收集开始就 同步建立矿山开采

20、信息数据库 , 数据库包含矢量、 卫 星影像、 照片和元数据等所有有关信息。系统平台采用地理信息系统平台软件 M apI NFO; 系统功能模块包括数据输入模块、 处理模块、 数据查询模块、 空 间分析模块和数据输出模块 3. 1 数据库设计(1 数据库设计原则 :实用性原则、 规范化原则 和成本效益优化原则。(2 主要技术指标 :数据库内容 (包含矢量、 卫 星影像、 照片和元数据等 、 数据格式 (矢量为 M ap I NFO tab 格式 ; 影像为 G eotif 格式 ; 照片为 B M P 或 JPEG 格式 、 数学基础 (投影为高斯 -克吕格投影 ; 大地坐标为 1980西安坐

21、标系 。数据组织 :数据库 空间数据按地市或县区组织 , 以县区为单位 , 分层进 行存储和管理。数据包括影像数据、 解译数据、 基础 地理框架数据、 元数据 , 其中解译数据、 基础地理框 架数据合并为全省范围的数据库 , 影像数据按县区 裁切 (考虑文件大小 。(3 数据存储目录结构及命名规则数据存储目录结构见图 1。 图 1 数据存储目录结构图影像文件命名规则 : 地区名称 +卫星类型 +时相 +分幅号 #。例如 苍山县 SPOT 050615-4-1#(4-1表示 4幅中的第 1幅 ; 解译矢量文件命 名规则 : 时相 +层名 #, 例如 :0506开采矿山图斑。(4 数据库采用的有关

22、标准和规范。(5 数据库分层及数据库属性项、 属性表结构。 数据库分层。数据库属性项、 属性表结构 :基础 数据库包括公路层 , 铁 路层 , 水系层 , 地貌层 , 居民 地 , 境界线 , 省、 市、 县、 乡 , 山顶点、 其他层 , 公里格网 和整饰 (包括图框、 图 例等 , 无属性 。矿山开采监 测数据库 :矿山 (图斑 包括登记矿山、 矿山在采图 斑、 停采图斑 (含越界图斑 等。属性表 :有 40余项 内容 , 登记情况分为登记、 未登记 ; 矿山类型项分为 越界在采、 在采、 停采等 ; 开采类型分为露天、 地下。 矿渣堆积、 其他 (选厂、 收购场等 。代码表 (略 。(6

23、 元数据 :元数据是对各数据库的描述和定 义 , 包括数据集、 标识信息、 数据质量、 数据源和处理说明、 数据内容摘要、 空间参照系统、 数据分发信息 及其他相关信息。建立矢量数据库和影像数据库。 3. 2 数据库实施对基础地理框架数据库进行整理。对各种影像 进行 编码整 理 , 按要求 命名 , 建立 元数据 表 , 通过 M apI N FO 软件将遥感影像与 基础地理框架 数据库 配准。以基础数据库和影像数据库为基底 , 按照分 层及属性项要求 , 数字化、 编辑监测成果 , 包括图形 和文字属性 , 建立监测数据库。将解译标志遥感影 像、 照片通过 M apI N FO 配准入库 ,

24、 按目录要求存储。 建立解译标志及图片库与解译数据库链接。4 矿山开采情况统计分析登记矿山 是否越界开采 #和 未登记在采 #的 矿山图斑是矿山开采调查监测的重点内容 , 这是整 顿和规范矿产资源开发秩序工作需要的基础信息。 各种成果统计均在数据库中进行。在查询属性栏输 入需要查询的名词指令 , 如 在采矿山图斑 #、 建筑 用石料矿 #+ 在采 #的等 , 就可以自动生成列表 , 并 统计出数目。一般实际工作中统计下列报表上报有 关部门使用 :各矿种在采矿山图斑 (无证 属性统 计表 ; 各矿种越界 (在采 矿山图斑属性 统计表 ; 各矿种停采矿山图斑属性统计表。通过遥感监测、 调查结果显示

25、 , 苍山县境内各类 在采、 停采、 越界、 登记图斑与矿种类型见表 3, 所有在采、 停采矿山图斑位置分布见图 2(截至 2007年 4月 。表 3 苍山县矿山分类统计主矿种 登记矿山 矿山图斑 持证矿山越界图斑 在采图斑停采图斑铁矿1456石膏矿 11(2 石英砂岩 82934石料石材 27945391粘土 218矿泉水 1建筑河砂 35页岩 121合计6312(1458515 是在登记采矿边界外侧几十米附近有 采井采场 #的图斑。5 结语通过 SPOT 和快鸟 2种卫星图像矿山开采动态图 2 苍山县在采与停采矿山图斑空间位置 示意图 遥感调查与动态监测实践 , SPOT 卫星基本上可以较

26、 全面的监测到实验地区绝大部分采矿图斑情况 , 技 术可靠 , 定位精度好 , 采矿图斑边界位置准确 , 卫星 数据取得方便快捷 , 图像色差小 , 处理方便 , 即使放 大到 1 1万比例尺也很清晰 ; 快鸟数据分辨率更高 , 有助于更小规模的采矿图斑的发现 , 放大到 1 5000甚至 1 2000比例尺 , 清晰度仍然很好。快鸟卫片可 以监测到几乎全部矿山图斑信息。卫星遥感监测技术 , 是山东省重要矿山开采区 矿山开采动态监督管理 快速反映机制 #的一项重 要手段 , 利用卫星遥感技术监测矿产资源 , 不仅能全 面、 准确、 快速地反映出矿山开采情况 , 而且有效地 提高了基层矿产资源执

27、法监管实际能力 , 解决了违 法采矿点隐密 , 基层矿管队伍不足、 难以管理 , 遥感 技术结合 GIS 技术 , 可对长效矿山监测监督管理机 制提供有力的技术支撑。参考文献 :1 邹敏 . 遥感与 GIS 技术在 龙口市 土地利 用调查 中的应 用研究 J.山东国土资源 , 2006, 22(6-7:123-125.Study on Application of Re mote Sensi ng and GIS Technologies i n Dyna m icM onit ori ng i n Cangshan M i ne Explorati onCAO H ong-song , SO

28、NG Bao-guo , C H EN Yu-cheng , S H I Jian , DENG X ian-r u i(Shandong Survey i n g and M apping Insit u te of Land and Resources , Shandong Ji n an 250013, Ch i n aAbst ract :By usi n g SPOT and QU I C KB I R D satellite datas , regard i n g m i n i n g m on itor i n g spo ts i n C angshan m i n es

29、as selected points , t h rough m e lti n g , correcti o n and i m age conducti o n , orthographic re m ote-sensi n g pro jecti o n w ith t h e scale o f 1 100001 5000w ith h i g h prec ision have been ga i n ed . Through interpretation and fie l d survey , re m ote-sensing i n terpretati o n sy mbol

30、 ofm i n es are set up . By usi n g M apI N FO and GIS soft w ares , f u ll-i n for m ation database is set up . Through interacti v e and v isual i n terpretati o n , m ining and variation infor m ati o n are vectorized and extracted . Co m b i n i n g w ith field survey , m ining a ttri b utes of

31、allm i n es i n study ing areas are classified and ana l y zed on the database p latfor m . These w ill prov i d e correc, t full and useful i n fo r m ation for arrang ing and m on itoring exploration o fm inera l resources , and pro m ote m onitori n g effec. tK ey w ords :Sate llite datas ; re m

32、o te-sensi n g ; m i n e m on ito ri n g ; Cangshan in Shandong pr ov i n ce济南市长清区对土地开发整理项目进行专项审计为确保国家投资土地开发 整理项目工程的资金合理使用 , 2007年 6月中旬 , 济南市长清 区国土资源 局聘请审计 等有关部 门对孝里洼 、 孝里岚峪 、 万德长 城 、 张夏土门 、 平安赵庄 、 双泉 精品工程 土地整 理工程 进行了 历时半 个月的 专项审计 。 通过查 施工合同 、 了解土地整理前的情况 、 计算复核工程量 、 套用定额和对资金运行 情况进行 详查 , 认定这 6个 项目共利用 国家专项 资金 2960万元 , 开发整理土地 1193. 33公顷 , 新增耕地面积 166. 67公顷 , 整个项 目资金使 用合理