星空地“REUP”一體化礦山環境監測遙感系統建設初探

邢英梅 周智勇, 張志科 夏崢嶸 張敏

（1、河北水文工程地質勘察院，石家莊 0500021；2、河北省遙感中心，石家莊 0500021）

星空地“REUP”一體化礦山環境監測遙感系統建設初探

邢英梅1周智勇1,2張志科2夏崢嶸2張敏2

（1、河北水文工程地質勘察院，石家莊 0500021；2、河北省遙感中心，石家莊 0500021）

針對礦山環境監測工作中存在的“信息孤島”現象，本文基于中國地質調查局組織實施的礦山環境監測項目提出星空地“REUP”一體化礦山環境監測遙感系統（以下簡稱：星空地REUP系統）。該系統以衛星遙感（RS）、微波遙感星載雷達遙感系統歐洲遙感衛星ERS、無人機航拍影像（UAV）、手持PDA、PC機為整體框架（系統名稱中“REUP”即取自總體框架的首字母），在全面梳理礦山環境監測項目工作步驟、已有礦山環境各種矢量數據和礦山占地、恢復治理、地質災害統計表等各種信息資源的基礎上，對已有信息進行有效的整合，并進行實時監測與更新，建立統一的、有實效性的信息資源庫，為國土資源管理部門決策、綜合業務管理、礦山環境恢復和公眾信息服務提供有效的、準確的數據支持。

REUP；礦山環境監測；遙感信息復合；三維數據；信息孤島

一、引言

全國礦產資源開發環境遙感監測項目根據國家需求和國土資源部管理工作的需要，由中國地質調查局航空物探遙感中心組織實施，利用遙感影像數據，在全國與重點礦集區開展礦產資源開發利用狀況、礦山地質環境問題、礦產資源規劃執行情況等遙感調查與監測工作，獲取可觀基礎數據，編制圖件與報告，為保持礦產資源的可持續開發與利用，維護礦業秩序及綜合整治礦區環境等提供基礎數據與決策依據。然而，除項目規定的一年一個周期外，省、市、縣級國土管理部門亟需實效性更強的礦山環境數據。但在國土資源領域始終缺乏統一體系，獲取數據、處理數據仍然比較困難，這不僅對海量遙感數據應用形成了巨大制約，對國土資源管理無法進一步服務。建立一套多源海量遙感數據處理、礦山監測信息維護更新、外業數據實時傳輸儲存、成果調取方便的平臺來支撐遙感數據的應用。

二、星空地REUP系統建設背景、目的及意義

2.1 礦山環境監測工作方法現狀

目前礦山環境監測手段：衛星遙感、內業解譯、兩期影像對比、實地監測。監測頻率：重點礦集區一年監測一次；全區域一年監測一次。工作中多用ENVI、PCI、EDARS處理影像，ARCGIS信息提取，EXCLE手動處理報表，外業獲取數據手動匹配矢量。

2.2 星空地REUP系統建設目的

通過ENVI、ARCCGIS、PDA相關軟件二次開發和系統集成，構建礦山環境監測項目所需衛星影像數據、雷達數據、航拍數據處理及信息提取平臺，外業查證PDA系統，相關數據分析報表、綜合出圖的集成化系統。形成流程化、規范化、高效化的服務能力，為我國礦山環境監測工作提供統一、基礎平臺。

2.3 星空地REUP系統建設意義

星空地REUP系統建設的意義分為以下三點：

①星空地REUP系統可作為基礎地質調查、礦產資源評價、地質災害調查的重要技術基礎之一，數據倉庫可為礦山環境監測、地質調查與礦產資源調查提供了更加有力的基礎數據支持。

②星空地REUP系統對國土資源領域多數據源衛星遙感數據、雷達數據、航拍數據的靈活綜合應用提供基礎平臺，并對多方位數據影像缺點互補，優點增強。并大大的解除了海量高分影像數據的多領域應用的巨大制約。

③本系統特別針對于礦山環境監測項目，對礦山開采面、選礦場、尾礦庫、廢石堆、地質災害、礦山復綠等信息的提取、分析、監測、外業查證，提供了綜合的、集成的、可視化的、易操作、完善的平臺，為項目內首套集衛星遙感數據、雷達數據、航拍數據一體的處理平臺，并為首套針對礦山環境監測項目內外業一體的信息系統。

三、系統分析

3.1 可行性分析

通過軟件二次開發和系統集成，在前期充分調研，通過配置軟、硬件環境，對高分衛星數據格式、數據特點進行分析，信息提取方法管理，內外業細致分析，充分掌握實際需求，進而制定處理流程與規范，此系統建立是存在可行性的。

3.2 需求分析

隨著國產高分數據的廣泛使用，礦山環境遙感調查與監測，已基本形成了從數據處理、信息提取、成果圖件制作的完整技術流程，建立了遙感調查相關的技術方法與技術體系。但是高分數據的處理與信息提取依然依賴于國外軟件，甚至需要多個軟件互相配合才能實現，針對性、完整性明顯不足，工作效率相對較低。

針對國外軟件功能單一、針對性和完整性不足等問題，礦山環境監測工作亟需通過軟件二次開發和系統集成，建立多源高分衛星數據處理及信息提取系統，內業外互通一體化系統。

四、系統總體設計與功能設計

4.1 總體設計

平臺通過前期調研分析，確定數據處理與信息提取需求與流程規范，通過配置軟、硬件環境，全面設計平臺各項功能，構建界面友好，操作簡潔，功能強大的基礎平臺。系統總體架構如下：

4.2 功能設計

功能設計如圖：

3.2.1 遙感影像數據處理集成塊

衛星影像數據處理一般包括數據解壓縮、幾何校正（包括幾何精校正與正射校正）、圖像融合、圖像鑲嵌等。采用靈活的遙感二次開發平臺ENVI/IDL、ArcGIS Engine，可以根據不同需求，開發一個全新的數據處理平臺。

3.2.2礦山監測信息提取集成塊

信息提取流程主要包括柵格和矢量數據的輸入、目標地物信息提取、統計分析、專題圖生產。建立不同的信息提取模板，并構建實時接收外業驗證數據功能和利用DEM組建三維影像數據功能。信息提取系統開發采用ArcGIS Engine二次開發技術，實現可視化信息提取平臺。

3.2.3外業實時查證屬性變更集成塊

將無線傳輸信息卡與本研究軟件相應模塊集成到PDA中，從而實現外業驗證數據與礦山監測矢量數據的實時更新。外業實時查證系統基本流程：(1)將礦山監測調查底圖（遙感影像數據、礦山監測矢量數據、基礎地理數據）導入PDA；(2)利用集成了GPS卡的PDA在野外進行查證圖斑的實際測量；(3)對測量數據進行實時差分解算．并根據差分變更點位坐標修改礦山監測實地邊界．最后將PDA中的變更數據導出PC機中，進行結果分析、矢量維護。在GSM網的支持下，采用GPS實時差分技術傳遞到流動站中。實現流動站測量數據的實時差分解算翻．從而得到礦山開采高精度數據。（4）利用PDA拍照技術對礦山開采現場，進行照像、錄像，并存儲于相應的矢量數據中，最終導入系統內，以便實時查詢監測。

五、星空地REUP系統的實現

本系統集合了遙感衛星、星載雷達、無人機、PDA數據，是一個面向主題的、集成的、有實效性的和可更新的數據集合.

4.1 開發運行環境

本系統開發平臺選用ENVI/IDL、ArcGIS E n g i n e以及P D A的嵌入式G I S開發工具—MapXMobile及GPS模塊中負責連接VRS網絡的SDK--GPSPathHndefTools(SDK)．操作系統均適用Win10、Win8、Win7、Vista、XP等Windows系統。

硬件運行環境選用CPU 200MHz或更高、內存64MB或更高的PC機。以及手持PDA。

4.2 遙感衛星數據

遙感衛星數據已充分用于礦山環境監測中，如開采面、選礦場、礦石堆、尾礦庫、固體廢棄物等占地信息的提取。采用本系統可以自動接入、正射糾正、圖像增強、圖像裁剪、解譯。

4.3 星載雷達數據

星載雷達數據雖多用于海洋、地形、地質構造、地下水，但是微波遙感特性以及透視收縮功能、一定的穿透能力，有利于地下礦井進一步信息提取。另外雷達衛星傳感器可不受天氣影響，具有穿透云霧、全天時、全天候工作能力，對于衛星遙感數據是有利的補充。

4.4 低空遙感無人機航片數據

目前低空遙感多采用無人機方式進行拍攝，可快速獲取高質量數據，是衛星遙感數據不可缺少的補充，亦可用于災情調查、應急指揮。

4.5 PDA掌上系統進行外業查證

PDA掌上系統為星空地REUP系統的重要組成部分，主要應用于外業查證部分。各模塊的實現需要按功能進行類的設計，各類分別完成特定的功能，由于在嵌入式開發環境中只支持單文檔視圖結構，因此在系統中只有一個主窗體，各模塊的實現結果都依賴主窗體。

六、結論

礦山環境監測工作系統建設是推動建設綠色生態礦山發展的一個重要步驟，星空地REUP系統將成為礦山環境監測的重要工具。此系統不僅適用于礦山環境監測，另外可延伸至林業環境監測、海洋環境監測、土地利用調查等行業。可以對區域內礦山環境基本信息、經濟、權益等情況進行總量統計和變化趨勢分析，可以為國土資源礦管、環境司、儲量司等提供基本情況及變動規律。另外系統內三維GIS空間數據建模及算法將是一個亮點，外業系統實時、真實、準確自動接入PC端內業系統將是一個突破。本系統從多個不同的視角出發把數據組織成多維數據，并能夠從不同的維度視角快速地管理、分析大量的數據，成為新型的海量數據管理的解決方案。

[1]厲青,王橋,吳傳慶,申文明.衛星遙感環境業務化監測應用平臺建設[J].中國環境監測.

[2]黃蔚,蔣捷,王茜.面向在線服務的地理框架數據體系構建[J].地理信息世界,2014(4):20-23.

[3]張俊輝,楊驥,胡旭妍.殘聯業務綜合展示平臺的設計與實現[J].遙感信息,2015(5):121-124.

[4]聶洪峰,楊金中等.礦產資源開發遙感監測技術問題域對策研究[J].國土資源與遙感,2007(4):11—13.2003,19(3):1.4．

[5]王曉紅,聶洪峰,楊清華等,高分辨率衛星數據在礦山開發狀況及環境監測中的應用效果比較[J].國土資源遙感,2004(1):15～18．

[6]Li S M ,Sun D I ,Goldberg M D ,eta1.Derivation of 30-m-resolution wa-ter maps from TERRA/MODIS and SRTM.Rem ote Sensing of Environ-ment,2013,134:4l7-430．

[7]張明旭,趙偉.礦山地質災害成災機理與防治技術研究與應用[J].中國礦業大學出版社,2009年.

[8]ThomasM.Lillesand,RalphW.Kiefer.RemoteSen singandImageInterpretation[D]．FourthEditionJohnWiley&sons,2003年8月．

[9]楊清華.遙感地質調查技術標準體系研究與進展[J].國土資源遙感,2013年,03期．

[10]馬旭東.光學遙感影像壓縮及融合的質量評價研究[D].武漢大學,2014年5月.

[11]陳超.可擴展遙感圖像處理平臺的研究與開發[D].中國地質大學,2014年5月.

[12]路京選,宋文龍,曲偉,付俊娥.跨時空觀下的遙感應用新視野[J].遙感學報,2015年06期.

[13]江國兵.遙感在土地利用動態監測中的應用[J].城市勘測,2015年,04期.

[14]劉雪萍,孫思佳.國產遙感衛星在“一帶一路”建設中生態環境保護的應用[J].衛星應用,2015年,08期.