“空天地网”一体化在矿产资...测中的应用——以临沂市为例_孟祥利.pdf

地矿测绘2023，39(2):5155CN 531124/TDISSN 10079394Surveying and Mapping of Geology and Mineral esources“空天地网”一体化在矿产资源动态监测中的应用*以临沂市为例孟祥利，徐磊磊，刘效才，涂宝存(山东省地质矿产勘查开发局第七地质大队，山东 临沂276000)摘要:“空天地网”一体化在当前矿产资源动态监测中发挥了重要作用。以临沂市为例，基于无人机测绘、实景三维可视化、卫星遥感影像对比、实时视频监控等“空天地网”一体化技术来构建矿产资源动态监测系统，通过对露天矿山、环境恢复治理工程进行多源数据动态监测，实现矿产资源开发利用违法违规问题的“动态清零”。实践证明，此研究可为评估矿产资源综合治理取得实效，矿山安全形势和生态环境持续向好提供决策依据。关键词:矿产资源;动态监测;空天地网一体化中图分类号:P 237;P 208文献标识码:A文章编号:10079394(2023)02005105Application and esearch of Air-land Network Integration in DynamicMonitoring of Mineral esources:A Case Study of Linyi CityMENG Xiang-li，XU Lei-lei，LIU Xiao-cai，TU Bao-cun(The Seventh Geological Team of Shandong Province Bureau of Geology and Mineral esources，Linyi Shandong 276000，China)Abstract:The integration of air-land network has played an important role in the current dynamic monitoring ofmineral resources In Linyi City，for example，this article constructs a dynamic monitoring system for mineralresources based on integrated technologies such as unmanned aerial vehicle(UAV)surveying and mapping，real-time3D visualization，satellite remote sensing image comparison，and real-time video monitoringBy dynamically monito-ring multi-source data on open-pit mines and environmental restoration and control projects，the aim is to achieve adynamic-zero of illegal and irregular issues in mineral resource development and utilizationThis study can providedecision-making basis for evaluating the effectiveness of comprehensive management of mineral resources，ensuringthe continuous improvement of mining safety and ecological environmentKey words:mineral resources;dynamic monitoring;air-land network integration0引言国内矿产资源具有数量大，分布范围广且位置分散的特点。在对正常生产的矿山、破损山体或关停矿山进行地质环境恢复治理过程中，仅依靠群众举报或传统现场控制测量的方式具有人力物力投入大、数据获取不及时的缺点，致使无法及时对大量矿产资源的开采利用进行有效的监测监管。“空天地网”一体化1 监测是指从空、天、地、网四个角度实现监测监管，此种监测方式具有监测面积大、范围广的特点，可结合行业应用构建全方位、全天候、全覆盖的监测体系，有力促进了监管理念、方式的变革，实现监管新跨越，促进行业健康发展。目前“空天地网”监测体系已广泛应用于水土保持、耕地 保 护 执 法、海 陆 灾 害 损 失 精 细 化 评 估 等领域23。15*收稿日期:20220929DOI:10.16864/ki.dkch.2023.0026鉴于以上优势和应用，以临沂市矿产资源为研究对象，依托人工智能、大数据和自适应传感器等技术，利用遥感卫星定期覆盖、无人机重点巡查、地面 APP 巡查及视频监控等手段，提出将“空天地网”应用在矿产资源监测中的新思路。1临沂市矿产资源总体状况11主要矿产种类临沂市累计发现各类矿产 73 种，占全省已发现矿产种类的52%。探明储量的有39 种，其中能源矿产 2 种、金属矿产 8 种、非金属矿产 28 种、水气矿产1 种。多个矿种资源储量在全国地级市中位居前列，其中白云岩储量居全国第 1 位，金刚石、石膏、石英砂岩储量居全国第 2 位，陶瓷土、饰面用石材储量居全国第 3 位。12矿产资源开发利用现状临沂市长期以来矿山开采都是粗放型开采方法，资源浪费严重，原有保留矿山超过 120 个4，通过资源优化整合，矿山规模结构逐步扩大，大型矿业集团地位凸显，大中型矿山数量占比越来越高，现有保留矿山 80 余个，企业多年来“多、小、散”的状况得到了根本改变。2临沂市矿产资源动态监测系统21建设背景临沂市矿产资源动态监测系统是贯彻落实省委提出的“全要素、全覆盖、数字化、实时化”自然资源监测监管要求的第一应用场景，努力实现对违法行为“早发现、早制止、早查处、早预警”，构建“发现在初始、解决在萌芽、监管伴全程”的矿产资源监管执法新机制，实现矿产资源开发利用的“天上看、空中查、地上巡、网上管”(见图 1)，从而实现矿产资源动态监管的目的。22建设内容以推进临沂市矿产资源合理开发利用与保护为主线，深化矿产资源管理政策改革，利用无人机航测+实景三维可视化+卫星遥感技术实现对露天矿山、环境恢复治理工程等矿产资源动态监测机制5。依托实景三维模型可视化及数据计算技术，定期采集露天矿山、环境恢复治理工程等现状实景三维，通过对不同期次实景三维模型的比对，掌握矿山生产状态、工程实施质量进度等情况，及时发现图 1空天地网综合监测体系Fig1Air-land network comprehensive monitoring system违法违规动用矿产资源行为的数量与范围。同时依托 GIS、物联网、WEB 开发等技术建立临沂市矿产资源动态监测系统平台，对实景三维应用场景进行优化。实现数据按需响应、按需服务、按需获取，并对实景三维数据规范格式标准，进行整理、汇总、分析、集成和综合研究，建立矿山动态监测数据库。切实加强矿产资源精准化、信息化、智能化管理，促进矿产资源的合理开发和有效保护。23技术路线以遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、模型模拟技术、三维可视化技术、云计算6、无人机与物联网技术等(见图 2)为技术支撑，建立临沂市矿产资源动态监测系统，实现临沂市矿产资源智能化管理。231制作底图收集正在开采、停产，破损山体地质环境治理等项目的相关信息，制作成*json 格式，编写代码进行调用;然后充分应用卫星遥感和无人机航测技术手段，及时获取多平台、多波段、多信息源的高分辨影像作为信息源，实现在较短时间内对各类地形及气候条件下临沂市遥感影像的全覆盖(分辨率0.82 m);采用固定翼无人机开展航摄获取重点监测区正射影像图，采用基于 DEM 和 GPS 控制点的微分纠正技术，提高影像的正射纠正几何精度;采用星历参数和物理成像模型相结合的卫星影像定位技术和基于差分 GPS/IMU 的航空摄影技术，实现对无控制点或稀少控制点地区的影像纠正，制作高精度、信息丰富、可读性强的底图。232构建系统临沂市矿产资源动态监测系统利用适用于JAVA 语言开发的集成环境 IntelliJ IDEA4 进行开发，前端采用开源的基于 JavaScript 的 3D 地图框架25地矿测绘2023 年 6 月图 2空天地网监测体系技术路线Fig2Technical route for air-land network monitoring systemCesium。CesiumJS 是一款用于创建虚拟场景的 3D地理信息平台，目标是用于创建以基于 Web 的地图动态数据可视化。利用地理信息、三维模型、空间可视化与物联网等技术，构建临沂市矿产资源动态监测系统，开发矿山信息管理、动态调查监测、成果查询等工作管理模块，文档、属性、影像及三维模型等数据储存模块，数据分类分析汇总模块等。233实地核查依据工作底图，以县区为单位，按照项目类型进行分类。每月进行一次遥感影像比对，对有非法开采迹象的图斑区域，利用无人机现场采集数据建立三维模型进行内业处理分析，及时发现借施工名义开矿、偷采盗采、持证矿山超层越界开采等违法违规行为(见图 3)，为监管与处罚提供可靠依据。图 3监测异常区域Fig3Monitor abnormal areas234重点区三维建模监测对比对重点区域采用无人机倾斜摄影技术，获取实景三维可视化模型，多方法精准获取开采或施工建设参数，将多期模型进行对比监测(见图 4)，及时发现非法开采的违法违规行为7。图 4多期三维模型对比监测Fig4Comparative monitoring of multi-period 3D models235数据汇总按照统一的数据库标准，建立分级数据库。以县区为单位，采用卫星遥感及无人机航测、汇总建库机制和物联网技术，进行数据汇总集成，形成集空间、属性、文档、图件、影像、三维模型等信息于一体的矿产资源动态监测数据库。24系统特性将无人机航测、实景三维技术与 GIS、大数据、物联网、卫星遥感、Web 开发等现代信息技术相结合，以矿山开采利用方案、环境修复治理工程设计为监测范围基础、矿产资源违法违规动用行为为监测对象，构建空天地一体化动态监测机制，利用实景三维能够真实、立体、时序化反映矿山生产、环境35第 39 卷第 2 期孟祥利，徐磊磊，刘效才，等:“空天地网”一体化在矿产资源动态监测中的应用恢复治理工程实施等时空信息的特点，实现高效率、高精准及远程化、智能化的矿产资源动态监测，有效提升临沂市矿产资源管理水平。主要的技术特征有:1)将卫星遥感+无人机倾斜摄影技术相结合，综合遥感影像覆盖范围广、成本低、具有较高的分辨率、能够快速获取数据的优势，与实景三维相结合，建立“天上看、空中查、地上巡、网上管”的监测网络，快速发现各类矿产资源违法动用问题。2)建立动态监测系统平台，采用 HTML、CSS、JSON 相关技术与 GIS 服务等相结合，用 B/S 架构，实现实景三维数据在线可视化管理与应用，提升实景三维数据利用效率和应用场景。3)多源、异构数据信息融合，实现了空间数据和信息的一体化管理和同步分析，有效提高对矿山、环境恢复治理工程监测的精度。3应用案例2022 年 3 月，根据不同期次高分卫星遥感数据光谱反射、阴影面积、植被及水体的变化情况发现可疑图斑(见图 5)，确认该图斑为治理工程施工区，经综合研判，决定开展实地核查。图 5不同期次的图斑对比Fig5Comparison of map spots in different periods通过资料分析，发现该治理工程施工区为临沂市某露天采坑治理工程。该项目露天采坑呈北西南东向长条状分布，最大长度约 380 m，最大宽度约145 m，面积约 36 400 m2。根据治理区实际现状(见图 6)，将