基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究_马世斌.pdf
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1、第 卷,第 期自 然 资 源 遥 感,年 月 ,:引用格式:马世斌,皮英楠,王佳,等 基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究 自然资源遥感,():(,():)基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究马世斌,皮英楠,王 佳,张 焜,李生辉,彭 玺,(青海省地质调查院,西宁;青海省青藏高原北祁连地质过程与矿产资源重点实验室,西宁;青海省遥感大数据工程技术研究中心,西宁)摘要:资源是人类社会存在和发展的物质保障,然而作为资源发现的基础,地质勘查工作往往造成生态环境的破坏,年 月随着绿色地质勘查工作规范()的正式发布,我国绿色勘查正式上升到国家层面,并在全国全面开展,然而与之相对应的绿色勘查监管却在实际
2、工作中面临诸多困难与挑战。该文以满足勘查责任主体对绿色勘查项目的监督检查及管理需求为目标,开展了基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究和探讨,并结合青海省某多金属普查项目的应用工作,梳理和阐明了该方法的具体实现过程以及地勘项目监管服务的有效性。结果表明:基于遥感的绿色勘查监管方法应用不仅能够查明项目区外部环境基本情况,而且能够掌握项目工程实施布设及实施进展情况,检验与项目工作方案的一致性,并能通过信息定量化调查工作充分掌握项目工作实施过程中对生态环境的扰动、破坏情况以及恢复治理情况,为绿色勘查实施成效评估工作提供有效的技术支撑与基础数据。关键词:遥感;绿色勘查;监管服务;方法体系中图法分类号:
3、文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修订日期:基金项目:青海省基金项目“青海省绿色勘查动态监测与示范”(编号:)资助。第一作者:马世斌(),男,本科,高级工程师,主要研究方向为自然资源遥感。:。通信作者:皮英楠(),女,本科,工程师,主要研究方向为自然资源遥感。:。引言资源是人类社会存在和发展的物质保障,任何一个国家社会经济的发展都离不开对资源的大量需求,作为资源发现的基础,国家投入大量的人力、物力从事地质勘查工作,以此来解决经济高速发展、人民生活水平提高与资源供给不足之间矛盾问题。然而在传统地质勘查工作过程中,常采用钻探、坑探、槽探等工程手段,加之对生态恢复治理重视不足,往往造成生态环境的
4、破坏,主要表现在工程基建和施工对周边植被的破坏和损毁、土地的压占、地貌的破坏、水体污染、土壤污染以及地质灾害发生的风险等,使得地质勘查找矿工作与生态环境保护的矛盾日益突出。年 月,党的十八届五中全会首次把“绿色发展”作为五大发展理念之一,使其成为“十三五”时期乃至更长时期经济社会发展的重要理念,其中绿色地质勘查作为贯彻落实绿色发展理念的具体抓手,是促进地质勘查工作和生态环境保护协调发展的有效途径。在原国土资源部勘查司的积极倡导下,年 月绿色勘查行动宣言正式诞生,随之全国地勘行业开始启动了绿色勘查工作,如青海省将地质勘查与生态保护、牧民利益、藏区和谐等要素有机结合,创造出了在生态脆弱、藏族集聚区
5、、找矿远景区开展绿色勘查的“多彩模式”。随着 年 月我国第一个绿色勘查团体标准绿色勘查指南()的发布实施,全国地勘行业以该指南为参考相继开展了绿色勘查项目示范工作;年 月,自然资源部发布了 绿 色 地 质 勘 查 工 作 规 范(),标志着我国绿色勘查正式上升到国家层面,开始在全国全面展开。由于地勘项目在区域上分布分散、数量众多且多数位于交通极为不便的山区等现实问题,加之监管部门往往受限于人力物力、地区气候条件以及时间等问题,使得绿色勘查管理工作面临巨大压力和挑战;此外,绿色勘查工程施工是一个持续动态变化的过程,如何全面掌握各个项目工程施工的动态信息以及绿色勘查项目工作实施成效如何一直是监管部
6、门备受关注和亟待解决的问题。自 然 资 源 遥 感 年近年来,随着我国航天技术的不断发展,涌现出许多高空间分辨率的星载遥感数据,如国产公益卫星数据 及 ,商业卫星数据 ,及 等,以其价格低廉甚至免费的数据服务模式彻底改变了我国早先依赖国外卫星数据的尴尬局面。相比于手段单一、耗时耗力的传统人工调查工作,先进的对地观测遥感技术可以在绿色勘查领域发挥巨大的作用,不仅能够快速、高效地获取勘查项目不同实施阶段的卫星遥感数据,为绿色勘查监督检查及管理工作提供可靠的基础数据,而且通过持续的遥感动态巡查工作能够查明勘查项目实施过程中对周边生态环境的破坏、扰动情况以及对生态环境的修复和改善情况,充分掌握绿色勘查
7、工作的实施成效。目前国内外在相关领域多集中于不同传感器卫星数据和航空数据在地质找矿及地质灾害调查监测以及预测等方面应用研究,然而,就遥感技术在绿色勘查监管方面的研究鲜有报道。因此,文章基于遥感如何实现绿色勘查高效监管为目标,以快速、低廉、高效的角度为出发点,对绿色勘查遥感高效监管方法体系开展了研究和探讨,为今后绿色勘查遥感监管服务工作提供借鉴。地质勘查及监管现状 我国地质勘查概况地质勘查是地质勘查工作的简称,是根据经济建设、国防建设和科学技术发展的需要,运用测绘、地球物理勘探、地球化学探矿、钻探、槽探等地质勘查方法,对一定地区内的岩石、地层构造、矿产、地下水、地貌等地质情况进行调查研究的工作。
8、新中国成立初期,因工业和国防建设需求,我国开始建立了地质工作的新机构及专门的地质队伍大力开展地质勘查找矿工作,后期虽然经历了反复的萎缩和发展,但由于设备工艺、技术、管理制度以及环保意识等诸多方面的原因,地质勘查一直处于传统粗放的工作方式,对生态环境的破坏严重。年根据党中央、国务院关于加快推进生态文明建设的意见,为适应新形势下的地质勘查工作,保障地质勘查行业绿色可持续发展,国土资源“十三五”规划纲要和全国矿产资源规划(年)提出大力推进绿色勘查,并在 年 月发布的绿色勘查指南()中将绿色勘查定义为:以绿色发展理念为引领,以科学管理和先进技术为手段,通过运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺,实施勘查
9、全过程环境影响最小化控制,最大限度地减少对生态环境的扰动,并对受扰动生态环境进行修复的勘查方式。相对于传统勘查工作,一方面强调在实施地球物理勘探、地球化学勘探、航空遥感调查、探矿工程施工等勘查作业时,既要考虑实现找矿突破的地质工作目的,又要考虑环境的承载能力,最大限度地减少对生态环境的破坏、扰动;另一方面,要通过勘查技术手段,优化和改善现有的生态环境,对已有的环境损害进行调查评价和工程修复,发掘生态环境的社会效益。年,随着绿色地质勘查工作规范()的发布,越来越多的地勘单位创新勘查理念,改进勘查技术,自觉实施绿色勘查,探索出一条“既要金山银山又要绿水青山”的绿色勘查之路,不仅拓展了地质勘查的空间
10、,还提高了地质勘查的生命力和支撑服务国民经济的能力。地质勘查生态环境问题及特征按照工作内容,地质勘查工作可分为基础地质(包括区域地质和科学研究)、矿产地质(包括矿产普查、矿产详查和矿产勘探)和广义环境地质(包括工程地质、农业地质、水资源勘查、环境地质、灾害地质和旅游地质)。其中:矿产地质工作主要通过采用地质测量、物化探、钻坑探工程等综合地质手段和方法来获取可靠的地质矿产资料以实现地质找矿,该工作由于涉及钻探、槽探等工程,相比而言对生态环境的扰动以及破坏是最严重的,具体表现在槽探工程施工造成地貌、植被的破坏和损毁,土石方随意堆放占用和破坏周边植被,挖掘机械施工造成植被的破坏;钻探工程施工造成周围
11、植被的损毁、水体污染,钻机设备漏油造成土壤污染;此外,开展工程施工需要修建简易道路及搭建项目驻地等基建工作,往往造成土地的压占、植被的损毁、原生地貌景观的破坏等。不同的工程及基建工作在高空间分辨率遥感影像上呈现明显的特征:探槽多表现为单个或多条呈直线型展布具有一定宽度的“水槽”状地物,长度不均,且内部色调较暗、外部较周边亮,一般可见土石方堆放在探槽周边,呈现中间低、两边高的特征;钻探工程钻井平台多表现为单个不规则状地物,一般形成中高周低的地貌特征,色调较深,与周边地物差异较大,且可见通往钻机平台的“断头路”;简易道路多呈现明显曲折的线性地物,一般存有断头,色调与周边地物区分明显;项目驻地多由规
12、则的矩形状集群组成,包含一个或多个矩形状建筑物,其色调、纹理特征明显。绿色勘查监管现状绿色勘查管理工作作为绿色勘查项目设计及实施成效的监督检查保障措施,在绿色勘查项目工作第 期马世斌,等:基于遥感的绿色勘查高效监管方法体系研究中具有重要作用。对于监管部门,绿色勘查管理主要分为室内质量检查和室外监管工作。其中:室内质量检查主要是对项目设计、成果进行审查及验收评价,可有效保障区域绿色勘查项目工作实施的可行性、有效性;室外监管主要是通过野外核实的方式对绿色勘查工作开展现场监督检查,摸清项目实施进展,理清不同勘查施工手段对周边环境的破坏、扰动情况以及生态环境修复情况,督促施工单位严格按照绿色勘查设计要
13、求进行勘查施工,为后续项目成果验收评价提供有力依据。但是,目前多数监管部门由于时间、人力、物力的限制,每年只能以项目为单位采取中期检查(月)和终期验收(月)的方式开展 次室外监管工作;此外,近年来随着绿色勘查理念深入人心,许多地勘单位也开始对破坏生态环境的历史遗留勘查区开展了工程修复工作,监管部门亦按照生态修复项目的管理模式进行有效管理,并且室外监管工作贯穿于工程修复工作的前期、中期和终期验收评价。综上所述,目前绿色勘查监管工作除了对现有绿色勘查项目进行监督检查管理外,还包括对历史遗留勘查区工程修复的管理工作,监管手段包含室内项目设计、成果报告质量检查和室外监管相结合的方式,且室外监管工作一般
14、每年只开展 次。不难看出,室外监管工作主要还是以手段单一、耗时耗力的传统人工调查工作手段为主,且由于人力、物力等限制,监管频次明显较少。绿色勘查遥感监管方法研究 基本思路以满足监管部门对绿色勘查项目的监督检查及管理需求为最终目标,基本思路是在建立地勘项目数据库的基础上,以遥感数据为主要信息源,通过图像预处理、建立遥感解译标志等工作,开展与地质勘查相关的信息提取,并编制相关成果图件及报告,为绿色勘查监管工作提供技术支撑与数据基础。监管方法研究 建立勘查项目数据库勘查基础资料的收集与整理作为开展绿色勘查监管工作的基础,必须要保障资料收集的及时性、全面性和准确性。根据遥感监测的目的,需要收集的基础资
15、料主要包括工作部署图(项目区范围、工程施工布设区等矢量数据)和项目设计或工作方案(文本数据)类。根据绿色勘查项目资金来源,勘查项目一般分为公益性项目和商业性项目,且根据项目设置周期(一般 为一个周期),每年勘查项目数量会发生变化;另外,在野外勘查施工中会存在工程施工布设点发生变化的现象,主要包括施工布设点位置变动、数量变化等,这就要求在基础资料收集时不能一劳永逸,而是应按照项目设置周期及项目工程施工实际布设情况及时收集更新相关资料信息;此外,基础资料的收集还应包含历史遗留勘查区开展的工程修复项目相关资料。基础资料作为遥感监测目标的来源信息,需要开展分析整理、汇总工作,形成勘查项目数据库,便于信
16、息提取工作的顺利开展。在明确各个勘查项目基础资料投影信息的基础上,整理汇总勘查项目区范围及工程布设区(点)等矢量信息,一般包括投影转换、格式转换、属性补充填制等工作,其中:属性补充填制应包含项目编码、项目名称、工作周期、承担单位、勘查手段、绿色勘查方案概况等。选取有效的遥感数据通过对绿色勘查定义的理解可以看出,要做到绿色勘查项目的有效监管,必须具备以下 点要求:一是必须要明确并查明勘查手段情况及生态环境扰动区,二是监管工作的及时性,三是监管工作需要覆盖勘查工作的全过程。结合遥感技术手段,对所采用的遥感数据亦有 点要求:首先需要利用遥感数据查明各勘查项目所使用的勘查手段及其作业情况,如对于探矿工
17、程施工,需要在明确其探矿作业手段(如开挖探槽取样、钻机打钻取样等)的基础上,查明探槽、钻机平台等的布设位置及定量信息,对于如此小目标的调查,这就要求遥感数据的空间分辨率必须要高;其次为保证监管工作的及时性,要求遥感数据具备高时效性,即遥感数据获取时相必须与勘查工作相协同;再者为确保监管工作对勘查工作的全过程覆盖,要求遥感数据的多期次获取。近年来随着航天、航空技术的不断发展,高空间分辨率遥感数据民用化普及率非常高,如国产公益卫星遥感数据 及 ,国产商业卫星数据,及 等,以及国外卫星数据 、系列、系列等,数据类型的多样化、获取渠道面的宽广化使得数据获取困难的状况已成为过去,但就绿色勘查监管服务的成
18、本来讲,国产公益卫星遥感数据 及 是最佳的选择,其可见光空间分辨率均优于 ,且自 年随着自然资源部科技合作司同意批准建设第一批自然资源省级卫星应用技术中心以来,国产公益性卫星遥感数据统筹管理逐步下放政策为高空间分辨率遥感数据的及时、多期次获取提供了保障。更有甚者,部分省份已实现了商业卫星数据 ,及 等补充数据源的统筹管理,进一步自 然 资 源 遥 感 年保证了高空间分辨率遥感数据获取资源。因此,本着绿色勘查遥感监管服务的快速、低成本、高效原则,结合遥感数据资源保障,遥感数据建议选取空间分辨率优于 且具有强现时性的多期次 ,卫星数据,商业卫星 ,及 可作为补充源数据,以此来满足监管需求。需要指出
19、的是:结合实际勘查工作每年一般选取勘查工作前期、勘查施工中期和勘查作业后期的 期次遥感数据即可满足监管工作的基本需求,当然在遥感数据保障的情况下增加监测频率,实现月度监测最佳。高效的遥感图像处理遥感图像预处理是开展遥感工作中必不可少的一项基础工作,文章主要探讨遥感图像处理必须进行的处理内容以及图像预处理工作的快速实现,意在实现绿色勘查的快速、高效服务,对处理方法不做深究。根据所采用的遥感信息源及遥感工作目的不同,遥感图像预处理的内容及方法亦不同,如针对高光谱数据、雷达数据、可见光数据、无人机航拍数据等其图像预处理的方式、方法各异,并根据不同数据的应用目的,遥感图像处理的侧重点均有所差异,如利用
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