衛(wèi)星遙感在采礦業(yè)中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感越來越多地用于多個(gè)行業(yè)，包括采礦業(yè)。目前已被實(shí)施，用于繪制和規(guī)劃礦山，并幫助為安全協(xié)議和自動(dòng)化工作提供信息，從而創(chuàng)建更加互聯(lián)的可持續(xù)采礦作業(yè)。還用于提供開發(fā)日益減少的資源所不可或缺的數(shù)據(jù)。

由于廣泛的監(jiān)測(cè)覆蓋范圍以及準(zhǔn)確定義指示礦床和跟蹤與采礦相關(guān)的景觀變化的地表特征的機(jī)會(huì)，衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)在行業(yè)中越來越受歡迎。

采礦業(yè)中使用的遙感器類型包括衛(wèi)星、無人機(jī)、飛機(jī)和陸基變體。對(duì)采礦方面使用的衛(wèi)星系統(tǒng)包括 Landsat-7 和 8，ASTER 和 Sentinel-2。衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的分辨率不等，覆蓋的地理區(qū)域從不到一米到幾百米不等。在 2016 年退役之前，Hyperion 的高光譜傳感器設(shè)備為監(jiān)測(cè)采礦作業(yè)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

其他基于衛(wèi)星的系統(tǒng)將在未來幾年內(nèi)推出，包括 EnMAP（環(huán)境測(cè)繪和分析計(jì)劃）。衛(wèi)星、機(jī)載和地面系統(tǒng)中使用的遙感器類型包括熱紅外熱像儀以及光譜傳感器。機(jī)載系統(tǒng)可以安裝在無人駕駛或有人駕駛飛機(jī)上。地面?zhèn)鞲衅骺梢允鞘殖质?、機(jī)器安裝式或固定式。

遙感是采礦業(yè)向綠色未來轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)一直是遏制碳排放、降低污染水平的核心，現(xiàn)在，遙感已經(jīng)用于繪制礦山對(duì)周圍環(huán)境的物理影響。

01、遙感在采礦業(yè)中的應(yīng)用方式如何？

用衛(wèi)星對(duì)地球表面進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測(cè)適用于礦場(chǎng)生命周期的所有階段。

衛(wèi)星圖像是支持礦藏探礦項(xiàng)目的重要手段。它們的應(yīng)用范圍非常廣泛?？梢詾榈刭|(zhì)學(xué)家和現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供有關(guān)道路、土路、圍欄等存在的信息。換句話說，衛(wèi)星圖像是制作土地覆蓋圖的基礎(chǔ)。這對(duì)于繪制探索區(qū)域的潛在通道以及考慮重大項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的影響至關(guān)重要。

基于衛(wèi)星的遠(yuǎn)程監(jiān)控簡(jiǎn)化并加快了難以到達(dá)的地方的地質(zhì)勘探。例如，在歐洲，高質(zhì)量的礦山幾乎耗盡，因此專家只能在偏遠(yuǎn)地區(qū)尋找新的礦床。

衛(wèi)星地圖還可用于檢測(cè)露頭和風(fēng)化巖層以及監(jiān)測(cè)勘探區(qū)域的植被。

在提取過程中監(jiān)測(cè)露天坑（位于地面）是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的另一個(gè)用例。例如，我們分析了 Sentinel 1 的雷達(dá)圖像，以跟蹤邊坡穩(wěn)定性和活躍采礦的景觀部分的每月變化（即，確定庫(kù)存的規(guī)模。這種監(jiān)測(cè)的目的是通過及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并將其報(bào)告給礦山管理層，以便在導(dǎo)致事故發(fā)生之前采取措施，從而確保工人的安全。

多光譜衛(wèi)星圖像用于山區(qū)的復(fù)性化（將采礦后的土地恢復(fù)到類似于自然的狀態(tài)），因?yàn)樗鼈兛梢员O(jiān)測(cè)植被狀況和所謂的酸性排水（鐵礦石和煤礦酸性水的流出）。

獲得的數(shù)據(jù)使得以高時(shí)間和空間分辨率監(jiān)測(cè)植被對(duì)壓力因子的響應(yīng)成為可能。因此，影像數(shù)據(jù)是改進(jìn)自然化管理的基礎(chǔ)。衛(wèi)星遙感和圖像分析也很有用，因?yàn)椴傻V后有可能在土地上進(jìn)行農(nóng)業(yè)或其他經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

02、衛(wèi)星圖像如何繪制礦藏領(lǐng)土地圖？

地球上有 4000 多種礦物。特定礦物由于其化學(xué)成分而反射、透射和散射的太陽輻射量是獨(dú)一無二的。它類似于人類指紋，被稱為光譜簽名。礦物的光譜特征可以通過在衛(wèi)星的幫助下測(cè)量電磁波長(zhǎng)度的微小波動(dòng)從太空確定。

這些機(jī)器允許從太空拍攝感興趣的區(qū)域，并解釋在可見范圍之外的部分光譜中拍攝的圖像。例如，紅外和短波輻射數(shù)據(jù)用于識(shí)別地球表面的結(jié)構(gòu)特征。

借助光譜圖像和專題制圖，研究人員可以獲得有關(guān)土壤吸收和反射特性、巖石成分和植被的信息。這些數(shù)據(jù)可以檢測(cè)粘土和氧化物的沉積物，并確定衛(wèi)星圖像上的土壤類型。

在 2021 年發(fā)表在《非洲地球科學(xué)雜志》上的一項(xiàng)研究中，一個(gè)團(tuán)隊(duì)利用遙感來繪制和量化南非韋爾科姆-弗吉尼亞金礦區(qū)隨時(shí)間推移的土地覆蓋變化。該研究分析了 1988 年至 2018 年的 Landsat 圖像，間隔為 5 年。

該研究使用地理空間指數(shù)，包括歸一化差異植被指數(shù)（NDVI），全球環(huán)境監(jiān)測(cè)指數(shù)（GEMI）和歸一化差異水指數(shù)（NDWI）來區(qū)分不同類型的土地覆蓋。通過使用最大似然法（一種基于觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)假設(shè)概率分布參數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法）以及監(jiān)督分類，將圖像分類。

研究結(jié)果表明，這些指數(shù)對(duì)于繪制和監(jiān)測(cè)土地利用變化和覆蓋與采礦有關(guān)的變化是可靠的。準(zhǔn)確度極高，高達(dá) 96%。利用衛(wèi)星遙感和地理空間指數(shù)繪制土地和用途變化圖將有助于監(jiān)測(cè)采礦對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和城市 / 居民區(qū)的影響。

03、為什么繪制采礦業(yè)的土地和覆蓋變化很重要？

雖然采礦是人類最重要的商業(yè)活動(dòng)之一，但它存在一個(gè)巨大的問題：全球采礦活動(dòng)造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞。碳排放、污染、重要生態(tài)系統(tǒng)的土地清理都是持續(xù)資源開采的有害后果。耕地和植被覆蓋率受到露天采礦的影響。居住在采礦作業(yè)附近的社區(qū)受到直接和間接的影響。

繪制采礦作業(yè)引起的土地和覆蓋變化圖有助于規(guī)劃、恢復(fù)工作和關(guān)閉礦山。通過監(jiān)測(cè)工作收集的數(shù)據(jù)有助于為采礦業(yè)的未來提供信息，識(shí)別任何問題，并保護(hù)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)。

在礦山開發(fā)和運(yùn)營(yíng)周期的所有階段，監(jiān)測(cè)和繪制植被覆蓋率至關(guān)重要。植被地圖有助于評(píng)估該地區(qū)的生物多樣性，因此，在礦山的規(guī)劃階段通常需要植被地圖。它們有助于為礦山結(jié)構(gòu)的最佳放置提供信息，并且信息可以建立環(huán)境破壞的基線。運(yùn)行期間植被覆蓋率的變化表明污染物水平。關(guān)閉后，它有助于告知康復(fù)進(jìn)度并識(shí)別殘留的污染。

采礦活動(dòng)也改變了景觀，不僅由于礦山本身或污染，還由于基礎(chǔ)設(shè)施和重型機(jī)械的材料運(yùn)輸。這可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致周圍地理環(huán)境發(fā)生重大物理變化?？赡軐?dǎo)致自然防洪系統(tǒng)的侵蝕、土地滑坡和擾動(dòng)，影響更廣泛的地理區(qū)域。

還可以使用遙感監(jiān)測(cè)植被壓力。壓力包括水、昆蟲、顆粒物和重金屬污染、酸雨和礦物質(zhì)缺乏的短缺或過剩。植被脅迫導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩，葉片色素沉著和植物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，植物死亡，以及植被類型向更耐受的物種變化。

監(jiān)測(cè)和測(cè)繪采礦活動(dòng)直接或間接導(dǎo)致的土地和地表變化對(duì)于限制造成的損害至關(guān)重要。遙感在這些努力中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

本文來自微信公眾號(hào)：出新研究 （ID：chuxinyanjiu），作者：唐詩(shī)

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