专利名称：离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统和方法
技术领域：
本发明属于遥感技术与应用领域，特别是涉及一种基于IKONOS卫星遥感数据的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统和方法。
背景技术：
离子吸附型稀土矿是1969年在我国江西首次发现的一种新型稀土矿，该矿具有分布广、储量丰富、放射性低、稀土配分齐全，富含中重稀土元素等优势，是我国目前特有的稀土矿产资源，也是世界上稀缺的矿种，广泛分布在我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西等省，其中江西省所占份额最大。近年来，由于国内外对稀土资源需求量的不断增加和稀土价值的不断攀升，而离子吸附型稀土矿开采容易，提取稀土工艺简单、成本低，致使一些不法商人或有些地方单位为谋取暴利，盲目扩大离子吸附型稀土矿开采规模，甚至超出矿权范围违法开采。因此如何快速、有效、动态地监测离子吸附型稀土矿山非法开采活动成为一个重要的科学和社会问题。离子吸附型稀土矿山一般分布于崇山峻岭之中，交通不便，如果使用普通监控手段不但费时费力，工作效率很低，矿山管理的难度相对较大。遥感技术作为一种新技术手段，可以实时、快速、准确地提取地表及浅地表信息，可以弥补以往矿山环境调查中人工采集信息的时效性差、采集范围有限和采集信息的地方保护等不足。特别是近年来高空间分辨率遥感卫星得到了长足的发展，商用卫星的空间分辨率可达到I米甚至高达0.5米左右，使得地物识别能力大大增强。IKONOS卫星是美国在1999年9月24日发射成功的世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星，这意味着卫星遥感应用进入了一个新的阶段，开拓了一个新的更快捷、更经济获得最新基础地理信息的途径，也为稀土矿山非法开采监测与预警提供了良好的数 据保障。
发明内容
本发明提供一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统和方法，基于IKONOS卫星遥感数据，结合矿权资料建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，并结合地质岩体资料对稀土矿山未开采区域进行预警分析，为离子吸附性稀土矿矿山快速、准确、动态监测和预警提供良好的技术手段。本发明的技术方案是:一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，其特征在于，包括卫星遥感图像获取单元、遥感图像处理单元、非法开采监测分析单元以及非法开采预警分析单元；所述卫星遥感图像获取单元用于获取所需的研究区域的原始遥感图像数据，所述遥感图像处理单元用于对获取的原始遥感图像数据进行预处理，所述非法开采监测分析单元用于将经过预处理的遥感图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，所述非法开采预警分析单元用于将地质岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿开采区域外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志；所述原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据。所述遥感图像处理单元包括将原始遥感图像数据进行几何校正的几何校正模块、将校正后的多光谱波段图像数据与全色波段图像数据进行融合的数据融合模块以及基于融合后的结果选取最佳波段组合的最佳波段选择模块和进行假色彩合成的色彩合成模块。所述非法开采监测分析单元包括矿权数据叠加分析模块以及人工交互解译模块，所述矿权数据叠加分析模块用于将矿权数据与遥感图像数据叠加分析，基于稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，所述人工交互解译模块用于建立稀土矿山基本地物类型解译标志以及根据疑似非法开采图斑的圈定建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志。所述非法开采预警分析单元包括地质岩体信息叠加模块以及预警区域提取模块，所述地质岩体信息叠加模块用于将地质岩体信息与矿权数据进行叠加，所述预警区域提取模块用于根据地质岩体信息叠加模块得到的开采区域信息，确定在开采区域以外存在的未开采的预警区域范围。一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，包括以下步骤:I)选取研究区域，通过卫星遥感图像获取单元获取所需的研究区域的原始遥感图像数据；所述原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据；2)通过遥感图像处理单元对获取的原始遥感图像数据进行预处理，得到I米空间分辨率的多光谱假色彩合成图像；3)在非法开采监测分析单元中，基于经过预处理得到的彩色合成图像，对离子吸附型稀土矿山可视地物要素进行影像特征分析，建立离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志；将经过预处理的彩色合成图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于建立的离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志；4)在非法开采预警分析单元中，将地质图中岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿山开采区域以外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志。所述步骤2)中，对IKONOS卫星遥感图像预处理的方法进一步包括几何校正的方法、多光谱图像与全色波段图像融合的方法以及进行假色彩合成的最佳波段选择的方法；所述几何校正的方法包括:多光谱图像基于地形图参考选取控制点进行多项式法几何校正，全色波段图像基于校正后的多光谱波段进行多项式法几何校正；所述多光谱图像与全色波段图像融合的方法选用Gram-schmidt变换方法，得到I米空间分辨率的多光谱图像数据；所述最佳波段选择的方法是指基于融合后的I米空间分辨率的多光谱图像数据，采用分析各波段的相关系数矩阵来决定波段的最佳组合方式；所述假色彩合成图像为根据所述最佳组合方式选取的3个波段分别赋予红绿蓝进行假色彩合成得到的彩色合成图像。所述步骤3)中，建立的离子吸附型稀土矿山基本地物类型的解译标志包括:尾砂区、晾晒坪、沉淀池或称浸液池、建筑物；所述解译标志的要素为位置、颜色和形状；所述尾砂区的位置为大面积山体开采裸露区，形状为不规则区域，颜色为亮白色或黄白色；所述晾晒坪的位置为分布在矿区周围，形状为多边形，颜色为白色；所述沉淀池的位置为大小不等集中分布，形状为圆形或长方形，颜色为紫红色、紫色或蓝紫色；所述建筑物的位置为在矿区边上集中分布，形状为长方形，颜色为蓝色、黄色。所述步骤3)中，进行疑似非法开采图斑圈定的方法包括:将所述步骤2)得到的彩色合成图像与所选研究区域的矿权边界叠加分析，在矿权边界以外圈定疑似非法开采图斑，圈定疑似非法开采图斑判定的特征地物为沉淀池和/或尾砂区。所述步骤3)中，建立的离子吸附型稀土矿山非法开采的解译标志包括两种:正进行的非法开采标志和已停止的非法开采标志，所述正进行的非法开采标志为图斑上沉淀池及周边河流的颜色呈粉色或紫色；所述已停止的非法开采标志为图斑上沉淀池及周边河流的颜色呈蓝黑色。所述步骤4)中，建立需要重点监测的预警区域标志的方法包括首先运用监督分类方法提取所述彩色合成图像上的稀土矿开采区域，然后将地质岩体信息和开采区区域信息进行叠加相减操作，提取开采区域信息，确定在开采区域的外围岩体中存在的未开采的区域范围，建立预警区域标志。本发明的技术效果:本发明提供的一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统和方法，基于IKONOS卫星高分辨率遥感数据，结合研究区域的矿权资料，开展了离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志的进一步研究，区分出了图像获取时间正在非法开采的图斑和图像获取时间之前非法开采遗留的图斑，建立了离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，并结合地质岩体资料分析了今后需要重点监测的预警区域，为离子吸附性稀土矿矿山快速、准确、动态监测和预警提供了良好的技术手段。这一研究揭示了高空间分辨率遥感技术在离子吸附型稀土矿山非法开采监测和预警中的应用潜力，同时研究结果可以为矿政管理部门制定矿产资源规划、整顿矿产资源开发秩序等提供技术支持和决策依据。
图1为本发明离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统结构示意图。图2为本发明离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法流程示意图。图3a为尾砂区解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图3b为晾晒坪解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图3c为沉淀池解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图3d为建筑物解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图4为研究区叠加矿权边界的遥感解译图(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图5a为正进行的非法开采解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图5b为已停止的非法开采解译标志图像(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图6为研究区叠加1:5万地质图岩体信息以及矿权边界的遥感解译图(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。图7为研究区离子吸附型稀土矿山开采预警区域提取结果图(以IK0N0S341波段彩色合成图为例)。附图标记列示如下:1_矿权边界，2-疑似非法图斑，3-矿权区，4-岩体区，5-开采区域，6-预警区域。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。如图1所示，为本发明离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统结构示意图。一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，包括卫星遥感图像获取单元、遥感图像处理单元、非法开采监测分析单元以及非法开采预警分析单元；卫星遥感图像获取单元用于获取所需的研究区域的原始遥感图像数据，遥感图像处理单元用于对获取的原始遥感图像数据进行预处理，非法开采监测分析单元用于将经过预处理的遥感图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，非法开采预警分析单元用于将地质岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿开采区域外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志；原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据。其中，遥感图像处理单元包括将原始遥感图像数据进行几何校正的几何校正模块、将校正后的多光谱波段图像数据与全色波段图像数据进行融合的数据融合模块以及基于融合后的结果选取最佳波段组合的最佳波段选择模块和进行假色彩合成的色彩合成模块。非法开采监测分析单元包括矿权数据叠加分析模块以及人工交互解译模块，矿权数据叠加分析模块用于将矿权数据与遥感图像数据叠加分析，基于稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，人工交互解译模块用于建立稀土矿山基本地物类型解译标志以及根据疑似非法开采图斑的圈定建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志。非法开采预警分析单元包括地质岩体信息叠加模块以及预警区域提取模块，地质岩体信息叠加模块用于将地质岩体信息与矿权数据进行叠加，预警区域提取模块用于根据地质岩体信息叠加模块得到的开采区域信息，确定在开采区域以外存在的未开采的预警区域范围。如图2所示，为本发明离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法流程示意图。一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，包括以下步骤:I)选取研究区域，通过卫星遥感图像获取单元获取所需的研究区域的原始遥感图像数据；所述原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据；2)通过遥感图像处理单元对获取的原始遥感图像数据进行预处理，得到I米空间分辨率的多光谱假色彩合成图像；3)在非法开采监测分析单元中，基于经过预处理得到的彩色合成图像，对离子吸附型稀土矿山可视地物要素进行影像特征分析，建立离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志；将经过预处理的彩色合成图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于建立的离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志；4)在非法开采预警分析单元中，将地质图中岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿山开采区域以外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志。本实施例选择的研究区域位于赣南地区。赣南地区在离子吸附型稀土矿的开采史上，共采用过3种开采方式:池浸法、就地堆浸法和原地浸矿法。池浸法是最早使用的一种开采方式，即把含有稀土的土壤运到固定的浸矿池，沉浸24小时后，再回收液体，沉淀出稀土元素。就地堆浸工艺开采方式在原理上与池浸法基本相同，只是在含有稀土矿的地区开采后，就地堆砌堆浸场，进行稀土矿提取。原地浸矿法是在不破坏矿体地表植被，不开挖表土与矿体的情况下，布置井网，利用一系列浅井(即注液井)将电解质溶液直接注入矿体，电解质溶液中的阳离子将吸附在稀土矿物表面的稀土离子交换解析下来，形成稀土母液，然后收集浸出母液在沉淀池中回收稀土。目前南方离子型稀土矿开采方式中池浸法、就地堆浸法基本被废弃，主要开采方式为原地浸矿法。这三种开采方式均为地表开采，开采过程均会在地表留下痕迹，故运用高空间分辨率遥感技术可以对矿山开采现状进行监测。本实施例获取的IKONOS卫星遥感数据拍摄时间为2011年7月24日，卫星轨道平均高度为681km，轨道倾角为98.1°，太阳同步准回归轨道，重访周期为3天，它共有5个工作波段，多光谱波段空间分辨率为4m，全色波段空间分辨率达到lm，成像幅宽为IlkmX Ilkm,各波段具体技术参数如下表所示:
权利要求
1.一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，其特征在于，包括卫星遥感图像获取单元、遥感图像处理单元、非法开采监测分析单元以及非法开采预警分析单元；所述卫星遥感图像获取单元用于获取所需的研究区域的原始遥感图像数据，所述遥感图像处理单元用于对获取的原始遥感图像数据进行预处理，所述非法开采监测分析单元用于将经过预处理的遥感图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，所述非法开采预警分析单元用于将地质岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿开采区域外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志；所述原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据。
2.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，其特征在于，所述遥感图像处理单元包括将原始遥感图像数据进行几何校正的几何校正模块、将校正后的多光谱波段图像数据与全色波段图像数据进行融合的数据融合模块以及基于融合后的结果选取最佳波段组合的最佳波段选择模块和进行假色彩合成的色彩合成模块。
3.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，其特征在于，所述非法开采监测分析单元包括矿权数据叠加分析模块以及人工交互解译模块，所述矿权数据叠加分析模块用于将矿权数据与遥感图像数据叠加分析，基于稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，所述人工交互解译模块用于建立稀土矿山基本地物类型解译标志以及根据疑似非法开采图斑的圈定建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标O
4.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统，其特征在于，所述非法开采预警分析单元包括地质岩体信息叠加模块以及预警区域提取模块，所述地质岩体信息叠加模块用于将地质岩体信息与矿权数据进行叠加，所述预警区域提取模块用于根据地质岩体信息叠加模块得到的开采区域信息，确定在开采区域以外存在的未开采的预警区域范围。
5.一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)选取研究区域，通过卫星遥感图像获取单元获取所需的研究区域的原始遥感图像数据；所述原始遥感图像数据包括IKONOS卫星的I米空间分辨率的全色波段图像数据和4米空间分辨率的多光谱波段图像数据； 2)通过遥感图像处理单元对获取的原始遥感图像数据进行预处理，得到I米空间分辨率的多光谱假色彩合成图像； 3)在非法开采监测分析单元中，基于经过预处理得到的彩色合成图像，对离子吸附型稀土矿山可视地物要素进行影像特征分析，建立离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志；将经过预处理的彩色合成图像数据与矿权边界数据进行叠加分析，基于建立的离子吸附型稀土矿山基本地物类型解译标志，圈定疑似非法开采图斑，建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志； 4)在非法开采预警分析单元中，将地质图中岩体信息与矿权边界数据进行叠加分析，确定在稀土矿山开采区域以外存在的未开采区域，建立需要重点监测的预警区域标志。
6.根据权利要求5所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，所述步骤2)中，对IKONOS卫星遥感图像预处理的方法进一步包括几何校正的方法、多光谱图像与全色波段图像融合的方法以及进行假色彩合成的最佳波段选择的方法；所述几何校正的方法包括:多光谱图像基于地形图参考选取控制点进行多项式法几何校正，全色波段图像基于校正后的多光谱波段进行多项式法几何校正；所述多光谱图像与全色波段图像融合的方法选用Gram-schmidt变换方法，得到I米空间分辨率的多光谱图像数据；所述最佳波段选择的方法是指基于融合后的I米空间分辨率的多光谱图像数据，采用分析各波段的相关系数矩阵来决定波段的最佳组合方式；所述假色彩合成图像为根据所述最佳组合方式选取的3个波段分别赋予红绿蓝进行假色彩合成得到的彩色合成图像。
7.根据权利要求6所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，所述步骤3)中，建立的离子吸附型稀土矿山基本地物类型的解译标志包括:尾砂区、晾晒坪、沉淀池或称浸液池、建筑物；所述解译标志的要素为位置、颜色和形状；所述尾砂区的位置为大面积山体开采裸露区，形状为不规则区域，颜色为亮白色或黄白色；所述晾晒坪的位置为分布在矿区周围，形状为多边形，颜色为白色；所述沉淀池的位置为大小不等集中分布，形状为圆形或长方形，颜色为紫红色、紫色或蓝紫色；所述建筑物的位置为在矿区边上集中分布，形状为长方形，颜色为蓝色、黄色。
8.根据权利要求7所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，所述步骤3)中，进行疑似非法开采图斑圈定的方法包括:将所述步骤2)得到的彩色合成图像与所选研究区域的矿权边界叠加分析，在矿权边界以外圈定疑似非法开采图斑，圈定疑似非法开采图斑判定的特征地物为沉淀池和/或尾砂区。
9.根据权利要求8所述的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，所述步骤3)中，建立的离子吸附型稀土矿山非法开采的解译标志包括两种:正进行的非法开采标志和已停止的非法开采标志，所述正进行的非法开采标志为图斑上沉淀池及周边河流的颜色呈粉色或紫色；所述已停止的非法开采标志为图斑上沉淀池及周边河流的颜色呈蓝黑色。
10.根据权利要求6所述 的离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警方法，其特征在于，所述步骤4)中，建立需要重点监测的预警区域标志的方法包括首先运用监督分类方法提取所述彩色合成图像上的稀土矿开采区域，然后将地质岩体信息和开采区区域信息进行叠加相减操作，提取开采区域信息，确定在开采区域的外围岩体中存在的未开采的区域范围，建立预警区域标志。
全文摘要
本发明提供的一种离子吸附型稀土矿非法开采监测与预警系统和方法，基于IKONOS卫星遥感数据，结合矿权资料建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，并结合地质岩体资料对稀土矿山未开采区域进行预警分析，为离子吸附性稀土矿矿山快速、准确、动态监测和预警提供良好的技术手段。本发明的系统包括卫星遥感图像获取单元、遥感图像处理单元、非法开采监测分析单元以及非法开采预警分析单元；卫星遥感图像获取单元用于获取原始遥感图像数据，遥感图像处理单元用于对原始遥感图像数据进行预处理，非法开采监测分析单元用于建立离子吸附型稀土矿山非法开采解译标志，非法开采预警分析单元用于建立需要重点监测的预警区域标志。
文档编号G06Q50/02GK103218747SQ20131005071
公开日2013年7月24日 申请日期2013年2月8日 优先权日2013年2月8日
发明者代晶晶 申请人:中国地质科学院矿产资源研究所