地表采矿系统多要素分层遥感信息提取与自动识别方法研究

以湖南省典型有色金属矿区为例，研究高植被覆盖条件下地表采矿系统（SMS）各要素的分层遥感信息提取与自动识别方法。研究内容：①SMS各要素及背景地物在高空间分辨率遥感影像上的光谱、纹理和形状特征量测与分析；②SMS各要素的分层遥感信息提取模型构建、评价及优选；③SMS各要素相关布局与组合特征的度量、模式化及基于GIS空间分析与决策支持的矿山定位；④基于SMS遥感动态监测，研究合法与非法采矿、正在开采与废弃矿山的识别与判断方法。关键技术：①遥感信息多层次分离提取技术；②光谱、纹理和形状特征提取模型、方法与精度评价；③GIS空间分析与SMS自动识别技术。科学意义：拓展遥感信息提取的研究领域，丰富遥感信息提取方法；可满足土地矿产执法部门对非法采矿点、环保部门对点状污染源快速精确定位的迫切需求，有利于矿山合理规划、矿山地质灾害与生态环境风险评估，为流域可持续发展和重金属污染防治提供科学决策依据。

矿产资源无序开发整治的首要任务就是对地表矿山进行快速与精确定位，传统方法是遥感目视解译结合实地核查，精度虽高但效率偏低。本项目以湖南省典型有色金属矿区为例，研究地表采矿系统（SMS）各要素的分层遥感信息提取与自动识别方法。一是研究SMS各要素及其背景地物在高空间分辨率遥感影像上的光谱、纹理和形状特征，进而构建并优选分层遥感信息提取模型；二是根据SMS各要素相关布局及其组合特征，基于GIS空间分析与决策支持技术，开发地表矿山识别系统，并基于SMS遥感动态监测，研究不同类型矿山的识别与判断方法。结果发现：（1）基于多源高分辨率遥感影像数据，通过构建SMS各要素的光谱、纹理与形状特征提取模型，利用包括Canny算子、词包模型等新型算法，能对矿区道路、尾矿库、废矿堆等SMS要素进行信息提取；（2）基于近25年来的中分辨率遥感数据，对花垣县铅锌矿区采矿用地的时空变化特征及其驱动力分析进行分析，发现2003~2009年间增幅最大，达6.2km2，而1999~2003年和2009~2014年增加幅度稍小，变化速率在研究时段呈“ ”型态势；矿区质心点总体居于中部偏北，总的质心迁移方向为东北—西南方向；（3）在构建矿山数据集成平台与SMS要素遥感信息提取功能模块研发的基础上，研建了“基于遥感与GIS的地表矿山识别系统V1.0”， 该系统是在.NET平台上搭建的遥感与GIS的集成系统，采用ENVI/IDL的遥感二次开发方式，实现了遥感影像的处理和分析功能；采用ArcEngine的集成开发方式，实现了GIS空间数据管理和空间分析功能，该系统已基本集成了项目研究成果，并成功进行了软件著作权登记，源代码总计约6000行；（4）多要素分层遥感信息提取与自动识别方法已推广应用到洞庭湖流域的自然灾害、生态系统健康状况评价，张家界太极溪流域的洞穴群识别定位以及湖南省外的地质找矿、矿山地质灾害与生态环境评价研究之中，拓展了成果的应用范围，可为保护、开发与合理利用矿产资源提供科学依据。