62589字博士毕业论文矿山遥感调查理论与方法研究
论文类型：博士毕业论文
论文字数：62589字
论点：矿山,遥感,图像
论文概述：
本文是遥感技术论文，本论文是在中国近十年矿山遥感调查及监测项目的基础上开展研究的。矿山遥感调查涉及到地学多个学科领域，论文基本资料涉及湖北、江西和青海等省的多个矿山遥感调
论文正文：
第一章导言
矿产资源是国家经济发展和国防安全的基础。矿产资源是国家综合实力的体现，是现代国际政治生活中的一个重要问题。中国矿产资源开发管理秩序长期存在以下问题:一是无证开采和非法开采。危害严重，影响恶劣。攫取资源，争端继续；二是边探(矿)边采(矿)，用采(矿)代替探(矿)。以勘探名义从事非法采矿活动，严重破坏和浪费资源的；三是越权认证、非法处置。不遵守法定程序，审批不严；第四，不分青红皂白的挖掘破坏了资源。未综合利用伴生矿产资源的；第五是重视(依赖)采矿，忽视(依赖)治理，从而破坏环境。造成矿区耕地和林地的破坏，污染地表水，甚至导致地面沉降、地裂缝和滑坡等地质灾害(1)。多年的矿山遥感多目标工程实践表明，现代空信息技术在纠正矿产资源开发中的各种违法行为、规范矿产资源开发活动、建立和维护良好的矿产资源开发秩序方面具有全面、客观、及时、不受地理和环境条件限制的优势。
从自然地质和地貌景观的演替过程来看，当前人类采矿活动是地表演化过程中的主要动力因素之一。它强化了地表景观格局的变化和重建，与自然资源保护和生态环境建设密切相关。从经济发展的角度看；矿产资源开发秩序影响国民经济的稳定可持续发展和各种经济效益的分配；从区域可持续发展的角度来看，需要将人口、资源、环境和发展作为一个整体来研究，以便将区域经济效益、资源效益、环境效益和人民生活质量的提高等有机地结合起来。为了协调发展。加强矿山生态文明建设，最大限度地减少矿产资源无序开采对生态环境的破坏。本文立足于实际应用，旨在建立我国矿山遥感调查的理论和方法，探索矿山这一独特的地理单元的资源环境和可持续发展。
1.1研究背景和意义
1.1.1研究背景
中国是一个矿业大国，也是最大的发展中国家。它正处于以矿产资源开发利用为特征的工业化进程中。20世纪80年代末，中国国民经济持续稳定增长，消耗了大量矿产资源。矿产资源开发秩序一度混乱，矿山环境遭到严重破坏。为此，国务院于33日发布了《国务院关于整顿矿业秩序、维护国家矿产资源所有权的通知》。2003年6月3日，最高人民法院公布了《关于审理非法采矿和破坏性采矿刑事案件具体适用法律若干问题的解释》。特别是2005年《国务院关于全面整顿和规范矿产资源开发秩序的通知》，要求在两年左右的时间内全面遏制无证勘查、开采、乱采滥采、浪费破坏矿产资源、严重污染环境等违法行为，全面清理跨境开采、非法转让探矿权、采矿权等违法行为，及时查处违法案件。矿山安全事故和生态环境破坏明显减少。矿山布局不合理明显改善，矿产资源开发利用规模和集约化程度明显提高。基层监管到位，投资环境得到改善，矿产资源管理得到加强，基本建立了依法有序开发矿产资源的正常秩序。
1.2国内外矿山开发遥感调查研究现状
所谓矿山开发是指人类对矿产资源的勘探、开发和利用。在勘探和开采过程中，地球表面会形成许多影响，图像上会形成直接和间接的标志。遥感图像信息的获取是接受直接作用于人的感官刺激信息。图像的认知过程是感官刺激信息的编码过程，即把图像感官的形式信息转化为基础科学理论的知识信息，以方便信息的存储、提取和应用。遥感影像上矿山地学目标的光谱、图形、纹理、结构等信息将在人体感知、表征、想象、记忆和思维等认知活动中形成基于矿山地学知识的相应信息编码方法。通过对这些信息的处理和综合，逐渐积累成图像识别标记和图像理解的推理认知系统。矿山开采图像识别需要在图像识别理论和实际开采过程的基础上建立有针对性的图像识别理论和模式。
1.2.1图像识别理论
1.传统模式识别理论
虽然模板匹配模式可以解释一些模式识别，但是很难解释人们能够快速识别新的和不熟悉的模式这一事实。原型匹配模型的优点是它不仅可以减轻记忆负担，而且使人类模式识别更加灵活，更能适应环境的变化。特征分析模式常用于我们的地球科学分析，这三种模式也常用于地球科学问题的自下而上分析，这将在后面讨论。傅立叶模式(Fourier pattern)是将我们在现实世界中看到的空域中的图像转换到频域中，这样我们就可以找到很多我们在现实世界中没有看到的特征，并根据这些特征来分析和识别它们。结构描述模式主要使用关系(包括邻接、方向、距离等)。)来识别地面物体。
2.现代模式识别理论
随着认知心理学本身的发展，认知心理学中模式识别的研究取得了很大进展。视觉计算理论、注意特征整合理论、组件识别理论和交互激活理论是由麦克利兰(McLelland)和鲁姆·哈特(Ruml Hart)于1981年提出的。该理论对矿井目标识别实践具有重要意义。拓扑视觉理论。
1.2.2矿山环境遥感调查的理论和方法
《矿山地质环境保护条例》。2009-44)规定了地质环境问题的范围及其控制要求。本规定适用于地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、含水层破坏、地形地貌破坏等的防治和恢复。在矿区内进行矿产资源勘查和开采活动造成的。矿产资源开发涉及土地复垦的，按照国家有关土地复垦的法律法规执行。然而，矿山生态问题和水体破坏缺乏相关依据，是行政管理的一个缺陷。从矿山环境问题的发生来看，矿山环境问题是由矿山地质环境的变化引起的，是一个系统的灾害链问题。本文从地球系统科学的角度探讨了矿山环境问题和遥感调查监测方法。
第二章矿山目标遥感图像认知理论
在图像信息认知理论的指导下，从矿产资源产出的地质背景条件和矿山开采活动的系统性和完整性出发，建立了基于创新知识体系的不同类型的矿山目标图像标注理论。基于图像地学信息转换理论，构建了矿山遥感区域地质地貌图像结构框架、含矿地层和岩体图像标志属性及综合图像标志，解决了大区域范围内空之间的矿山目标定位问题。空构造要素的影像标志和综合识别标志的建设及具体矿山目标(包括采煤工作面、均质废弃物、矿山道路、矿山建筑类型、选矿设备和尾矿库等)的地质地理环境组合信息。)。这对山区目标定位、矿业权边界审查和行政执法具有指导意义。
2.1遥感图像认知理论与矿井目标识别
遥感图像的认知过程是指利用矿山目标知识系统研究遥感图像矿山特征信息识别标志的认知过程。认知心理学认为认知过程是由信息获取、编码、存储、提取和使用的连续认知操作组成的信息处理认知程序系统。就矿山目标遥感图像的认知过程而言，本质上是矿山目标图像信息的认知合成和信息处理过程。通过对图像元素的地理信息进行编码，可以将遥感图像的特征转换成地理对象的物质图像、属性语义或空结构形式的图像结构信息，然后可以将遥感图像的构象特征和遥感成像机制转换成地理对象的心理表征，即遥感图像的地理表征信息。矿井图像认知理论研究的核心是建立图像知识标记和丁基矿井知识系统语义属性表达系统。这个认知过程本质上是人脑中图像感觉刺激信息的信息添加过程。
矿山遥感图像认知理论的研究也可以看作是图像视觉过程的研究，但是本节讨论的图像认知过程不同于计算机认知模型？？机器人视觉系统的研究。Kidin图像特征识别的视觉感知过程也是Kidin图像模式识别的一部分，但我们强调的是人的感官识别过程，即基于人脑思维能力和图像分类能力的模式识别能力。
2.1.1遥感图像感知和图像识别的产生
矿井多目标遥感的主要任务之一是识别矿井地面目标。遥感图像上不同地物光谱色调差异的存在是图像感知形成的必要条件。只有当所识别的矿井目标与其所在区域的背景之间存在一定的图像色调差异时，才能形成矿井图像标记，并进行矿井地质科学目标的图像解释(梅安新等人，2001)。矿山地学目标的图像理解是一个基于知识的认知过程。矿井目标图像标志的建立是一个从个体到一般的认知过程，而遥感图像的地学解释是一个从一般到个体的认知过程。
因此，解释矿山遥感影像的认知理论基础是矿山目标实体与遥感影像区域成矿地质背景之间的空关系的认知过程。也有可能首先获得整体的理解，然后确定单个目标。例如，首先确定区域成矿构造框架，然后具体分析某一控矿含矿部分，从而完成从宏观大区域整体到微观部分的a 空分析认知过程。在矿山开发和矿山环境目标识别中，还必须从区域成矿背景、有利矿体赋存位置和开采历史信息入手，发现采矿点和环境破坏点。特定采矿点上建筑物、采矿表面和废物堆放点等部件的配置和分布需要采矿理论的支持。感知器的经验显然有助于引导他注意刺激的具体方向，也促进他获得“更多信息”。
2.2矿井目标自上而下的认知过程和矿井目标识别
矿产资源空分布不均，有些地区丰富，有些地区缺乏。在没有矿产资源的地方，不可能创建矿山，也没有矿山目标识别。这是地理“不需要，不需要”原则在矿山目标识别中的体现。在识别与矿山开发相关的对象时，需要将矿山识别目标与区域地质地理环境联系起来，形成更多的感知，进行综合分析，探索特殊主体目标的发生、发展和空分布规律，找出事物成因的内在联系，建立矿山开采目标识别的局部概念模型。
2.2.1概念驱动(区域建设单位)处理和目标识别的初步分析
现代边缘成矿理论表明，内生成矿常发生在各种地质构造单元、构造变异部位和重要矿产资源的边缘部位空主要分布在不同的板块交界带，时间一般与地质构造运动时间密切相关。根据研究，我国主要成矿带可划分为:西南三江成矿带、雅鲁藏布江成矿带、天山成矿带、南岭成矿带、大兴安岭成矿带、阿尔泰成矿带、西云奇-阿尔金成矿带、北山成矿带、秦岭成矿带、川滇时代邻成矿带、晋冀铁矿成矿带、河南-成都矿区、湘西-湖北-成都成矿带、辽东-济南成矿带、长江中下游成矿带和武夷成矿带。这16个成矿带是我国主要金属矿产的集中区，也是矿产资源非法开采频繁发生的主要地区。
鄂东南可供开发利用的金属矿物有铁、铜、金、银、鹤、银等。非金属矿物包括膨润土、水泥用石灰石、栽培剂用石灰石等。能源矿物主要包括煤。矿产资源分布在许多地区，相对集中。矿床规模主要为中小型。显微镜下，90%的矿物与陆架岩石有关。这些矿物分布在六大侵入体接触带和小岩体裸露区，相对集中在铁山、铜绿山、金山店、凌香、铜山口、吉隆和凤山。与二叠系和三叠系有关的矿床和矿点占10%，主要为非金属和能源矿产，分布在黄石市各地，相对集中在黄景山、威远口、龙岗、杨刚、三溪口等地。
因此，矿山目标识别的宏观方向与成矿单元有关，成矿带的确定为矿山目标识别和目标语义属性的确定提供了初始条件。
2.2.2含矿图像地层标志信息及目标微定位识别
矿产资源的形成与一定的地质时期和构造环境有关，其发生与区域构造地貌的形成和演化密切相关。自然特征和地貌在空之间有一定的位置。例如，有声的花生长在河流和湖泊的沼泽中，而红色的柳树生长在沙漠中。洪泛区和阶地根据海拔高度有序分布在定河流域两侧。湖北省浮留矿分布在镇口系统的一部分。该煤矿产于陆、晚二叠世山脊的含煤地层中。在人机交互理解中国的环境下，如何快速、准确地识别地表景观的变化是由采矿活动而不是其他活动引起的，需要地质学、矿床学和采矿科学的知识指导。
湖北将拥有大部分主要的成矿带和集矿区。湖北内陆地形地貌强，矿产资源开发规模小，各类矿山开发利用的影像空和光谱特征弱，矿产资源开发和矿山类型难以确定。容矿区的图像信息为此提供了最直接的理论依据。应增加遥感图像、地质数据和矿产资源规划数据，以区分矿山开发和非矿山开发活动引起的地表景观变化。
第三章矿山目标图像识别的机理和方法研究.......
3.1矿山目标的图像识别机制特征......30
3.1.1目标的图像光谱特征.......30
3.1.2目标的图像形态特征......33
第四章矿山开发环境影响综合研究…… 56
4.1采矿活动的环境影响和异质性56
4.1.1不同类型的采矿活动对地形和地貌的破坏方法不同.......56
第五章矿山环境遥感调查及预测方法研究.......
5.1矿山地质环境遥感调查.......76
5.1.1矿山地质环境问题及相关调查监测技术…… 76
第五章矿山环境遥感调查及预测方法研究
矿山环境遥感调查涉及多个学科。本章主要研究矿山地质环境遥感调查和土地复垦。(1)矿山地理环境遥感调查主要是对矿山地理地貌环境、生态环境、水环境、土地环境、交通和社会经济环境的综合调查。(2)矿山地质环境遥感调查主要针对矿山开采工程对环境地质的影响，包括矿山地表沉陷环境、采矿空地区残余沉陷和排水沉陷沉陷区对饱和区地下水环境的影响，采矿空地区岩层移动环境对矿山滑坡和泥石流灾害的环境问题。矿山地质灾害包括露天矿场滑坡灾害、边坡开挖引起的滑坡灾害、矿山边坡失稳引起的灾害、矿山废弃物堆积引起的泥石流灾害等问题。(3)矿区土地恢复环境遥感调查主要研究采矿对土地的破坏和废弃矿区复星问题。
基于层次分析和主成分分析理论，利用图像时间空信息重建方法提取矿山地质环境和地质灾害的动态信息。建立了单相矿山灾害调查和多相灾害监测的预测方法。建立了矿山废弃物堆积和泥石流风险评价方法。建立了土地恢复现状的调查评价方法。现场测试和验证了各种动态监测和预测结果。
5.1矿山地质环境遥感调查
矿山环境遥感调查是以矿山地理和矿山地质理论知识体系为基础，结合国土资源部门相关技术规范和工程要求，具有遥感信息工程意义的实际应用技术。根据《矿山地质环境保护条例》的要求，本规定适用于地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、含水层破坏、地形景观破坏等的防治和恢复。在矿区内进行矿产资源勘查和开采活动造成的。矿产资源开发涉及土地复垦的，依照国家土地复垦法律法规执行。
5.1.1矿山地质环境问题及相关调查技术
矿山地质环境影像解译是根据《矿山地质环境保护条例》(1)的要求，利用多尺度、多时相卫星影像解译矿山矿区地理区域内的地质环境专题。矿山地质环境遥感监测是对矿山开采引起的各种地质环境问题进行动态监测和预测。矿山地质环境遥感解译的主要目标是:滑坡、重力崩塌、泥石流、地面沉降、崩塌、裂缝等类型。此外，水系网络的解释与制图、矿山交通网络的解释与制图、矿山地质灾害类型的解释与制图、矿山地质环境评价图等。都是在矿区进行的。
第六章结论和前景
本文以我国近十年的矿山遥感调查监测项目为基础。矿山遥感调查涉及地学的多个学科，本文的基础数据涉及湖北、江西、青海等省的许多矿山遥感调查、监测和评价项目。作者经历了多年的矿山遥感实践，致力于研究遥感空信息科学在矿山地质环境灾害、生态土地和矿山废弃物二次开发中的地质环境问题。认识到中国矿山开发、环境保护和利用以及矿山保护之间问题的复杂性和严重性。本文论述的是与国家矿山开发相关的法律法规。总结本文的研究成果，展望未来的学术发展，对于提高矿山遥感的研究水平和实践中关键技术的发展具有重要的科学意义。
现代遥感技术扩大了人们对地球的视野和观测，标志着人类对地球研究方法和监测技术发展的新阶段。鉴于我国矿业秩序和矿山环境保护中存在的科学问题，以及矿山遥感调查监测技术的发展，我们深切感受到进一步拓展空之间信息技术应用领域的重要性、必要性和紧迫性。本文研究的总体结果可以证明，国土资源部在过去十年中开展的基于空信息技术的矿山现状调查监测和矿山环境灾害动态监测是极其有效的科学方法。在政府公共管理方面，也可以提高矿山环境管理的科学水平。
根据矿山的科学实践和国家对矿山遥感的技术要求，总结了本文的研究成果，得出以下结论。
6.1主要研究成果和创新点
本文的主题是围绕国家目标和科技发展的紧迫性，针对矿山地质、环境和土地地质目标等问题，将空信息科学引入矿山管理科学领域。本文依托国土资源部中国地质调查局矿山多目标遥感勘测监测项目，重点研究矿山遥感勘测监测中的图像认知理论和矿山目标图像标志的构建。介绍了图像多重信息重构的理论。基于图像光谱匹配、时间匹配和空匹配的原理，主要解决矿山遥感调查和动态监测中的图像标志构建和特征信息提取问题。
初步构建了矿山遥感调查图像的认知理论和基于图像理解的矿山遥感监测方法体系。针对矿山遥感信息工程中涉及的多专业、多目标、多尺度、多层次、多时间的问题，研究了矿山目标信息在矿山图像目标信息转换中的表达和局限性。进一步深入研究了矿山遥感图像中尺度效应、时间效应和光谱效应的信息重构和转换方法，建立了矿山遥感图像人机交互信息提取框架和方法体系。
参考文献(省略)