引言
随着绿色发展和生态环境保护理念的深入，绿色矿山建设成为我国矿业发展的必然趋势，做好绿色矿山建设和评估工作是矿业管理部门和矿山企业的责任。绿色矿山建设是一项复杂的系统工程，而我国绿色矿山建设涉及的矿山数量众多，类型也较为复杂。年7月，由自然资源部矿产资源保护监督司指导、中国自然资源经济研究院联合有关单位编制的《绿色矿山建设评估指导手册》正式发布，这是我国第一个专门服务于绿色矿山建设的手册，其对绿色矿山建设评价指标体系进行了明确规定，绿色矿山建设评估涉及矿区环境、资源开发方式、资源综合利用、节能减排、科技创新与数字化矿山、企业管理与企业形象等多个方面。
传统绿色矿山建设评估工作主要是通过查资料和查现场，专家打分取平均值的手段完成，存在填报数据偏差较大、野外工作时间长、调查精度低等问题。目前，遥感技术在绿色矿山建设评估中发挥着重要作用，利用遥感影像对矿区环境与资源开发方式评估相比现场查证具有费用低、效率高的特点，在自然资源部对全国绿色矿山批量遴选的过程中，通过高分遥感筛查代替实地调查的方式，对矿区环境、恢复治理与复垦等现状进行快速高效检查，确定是否符合绿色矿山要求。
遥感在矿山环境监测方面应用广泛，我国矿山资源开发环境监测和矿山执法检查等均采用高分遥感技术，前人对遥感在矿区生态环境、矿山地质灾害、矿山恢复治理效果等方面进行了大量研究，集中在绿色矿山建设的矿区环境等方面，但是未参照新发布的绿色矿山评估指标体系对遥感技术在绿色矿山建设中的应用做全方位梳理。本文结合绿色矿山评估指标体系对遥感在绿色矿山建设评估中的应用做了系统分析，建立了遥感绿色矿山应用的技术体系，总结了绿色矿山遥感解译方法，并结合应用实例，对绿色矿山建设中遥感技术的应用前景进行了展望。
遥感技术方法
1.1技术路线为推动绿色矿山建设，弥补传统实地调查存在的不足，本文提出以遥感手段参与绿色矿山建设与评估工作，主要内容分为：资料收集、数据分类与整理、野外验证、编制解译成果图、绿色矿山监测与评估、编制绿色矿山遥感图件、建立绿色矿山遥感监测平台。资料收集主要包括分析前人研究成果、参考相关技术规范、收集遥感数据、采矿权、探矿权等数据。数据分类与整理主要涉及高分遥感数据、无人机航拍调查和野外调查三方面，包括通过辐射校正、图像融合、匀色与拼接、正射校正、图像增强处理等进行遥感影像预处理和影像处理工作，以及根据《绿色矿山建设评估指导手册》，借助人机交互式解译方法提取绿色矿山专题解译信息的影像信息提取；再通过野外实地调查验证信息提取的可靠性，补充遗漏的信息，修改误提信息。最后，根据室内解译和野外调查的反馈信息，编制解译成果图，建立绿色矿山建设监测平台，针对绿色矿山建设过程中建设效果和存在的问题提出意见建议，具体技术路线图见图1。
图1技术路线图
1.2工作方法1.2.1遥感影像数据的选取
采用的卫星数据源主要为国产高分卫星数据和无人机遥感数据。卫星遥感技术基于多平台、多种类、多尺度的遥感数据，鉴于矿山开发利用的动态性，以多源、多时相的高分辨率的数据作为基础。对矿区生态环境(露天采矿场、开采塌陷地、矿山固体废弃物排弃场(如尾矿库、煤矸石山)和选矿、烧结厂)、矿区地质环境(崩塌、泥石流、滑坡、地表沉降、地裂缝)、矿区绿化和复垦等进行中等比例尺度的调查和监测。
相较于遥感卫星，无人机遥感具有实时性强、机动快速、空间分辨率高、经济性好等优势，可以有效地与易受云量干扰的卫星遥感技术形成互补，对指定范围进行快速精确的监测。通过三维建模，直观反映矿区地质环境现状，避免遥感卫星解译的多解性。低空无人机遥感基于固定翼、多旋翼飞行平台，搭载可见光、多光谱、高光谱、热红外、LIDAR等传感器，对矿区生态环境和地质环境进行大比例尺高分辨率的调查和监测，特别是三维倾斜摄影、地质灾害调查、煤火区调查等技术在矿区生态修复中优势明显。
1.2.2遥感数据处理及图像制作
采用图像处理软件对原始影像数据进行正射校正、几何精校正和波段融合、合成、色彩拉伸增强等图像处理。首先，运用矿区DEM数据对原始影像多光谱和全色数据进行正射校正，将正射后的多光谱和全色数据进行融合处理；其次，根据已有地形或存档以往影像资料对融合后影像进行几何精校正，校正误差满足出图比例要求；最后，开展遥感信息多层次筛选及信息综合分析等方法，进行矿山开发环境信息提取前的数据处理与准备，制作地表信息丰富、满足绿色矿山要素解译的遥感影像图。
1.2.3遥感解译、监测与查证
根据绿色矿山评估指标体系，以矿区高分影像为信息源，建立各评价要素的遥感影像特征。在GIS软件支持下，采用人机交互式解译方法进行绿色矿山遥感解译，重点对绿色矿山各项评价指标进行识别、圈定和标注。参照绿色矿山建设要求及行业标准，从矿区环境和资源开发方式两方面逐项进行评估，提出评估意见，并对照绿色矿山建设评分表逐项进行打分。绿色矿山建设所要求矿区环境内容可进行野外查证，其目的在于验证遥感解译信息的可靠性。野外查证重点核查遥感解译中存在的疑问图斑，从而补充遗漏信息，修改错误信息，通过野外实地调查验证，进一步提高信息提取的准确率。野外查证和修改后，通过质量控制和中间成果的检查，促进评价成果的准确性与规范性。
遥感技术在绿色矿山建设中的应用
绿色矿山建设过程中可以用遥感手段参与绿色矿山建设第三方评估工作，所能参与的主要内容有矿区环境、资源开发方式、科技创新与数字化矿山等三个方面。同时，可选取绿色矿山建设过程中的典型矿山企业，建立绿色矿山监测平台，并选取典型遥感影像、遥感监测图等，制作《绿色矿山建设图集》供矿山企业和管理部门使用，具体所涉及遥感技术方法见表1。
表1绿色矿山建设遥感技术应用
2.1矿区环境1)矿容矿貌。矿容矿貌解译内容包括：矿区是否按生产区、管理区、生活区和生态区等功能区分区；各功能区是否符合相关设计规范；工业场地布局是否合理；废弃物堆放管理是否符合规定；废弃物堆放是否符合绿色矿山要求；主干道路面是否硬化并及时养护；生产区、管理区、厂区是否清洁卫生；矿区是否有私搭乱建情况；开采、运输过程中是否采取有效措施减少粉尘和撒落物，保持矿区环境卫生整洁(图2)。
图2矿容矿貌与矿区绿化
2)矿区绿化。矿区绿化方面遥感解译内容包括：扰动土地整治率、水土流失总治理度、土壤失控比、拦渣率、林草覆盖率等各项工作及指标是否符合当地水利部门要求；土地复垦与矿区地质环境综合治理工程是否达标，即复垦后的地形与周边环境和小区域地表水系保持协调，地面坡度及水土保持和岩体稳定是否达到要求；绿化植物长势是否良好；露天开采矿山的排土场、废石场是否按方案实施绿化、美化或复垦；各功能分区及区间是否进行必要的绿化、美化；矿区专用道路两侧是否设置隔离绿化带等。
3)矿山环境监测。通过多期遥感影像对比，可及时掌握矿山环境变化情况，有效地进行动态分析与监测。利用遥感手段迅速掌握矿产资源集中开采区位置，该手段在露天矿监测中的作用尤为突出。另外，遥感手段可实现矿山全覆盖常态化监测(图3)。
图3矿山环境动态监测
2.2资源开发方式资源开发方式指标中遥感可解决的问题主要有矿山环境恢复治理与土地复垦、环境管理与监测。其中，矿山环境恢复治理与土地复垦指标包括:矿山是否按照《矿山地质环境保护与土地复垦方案》确定的范围进行治理复垦，即排土场、露天采场、矿区专用道路、矿山工业场地、沉陷区、矿石场、矿山污染场地等被破坏、退化或受污染场地应当治理、恢复而未及时治理、复垦(图4)；矿山终了平台留设是否规范;露天采场边坡是否有局部失稳现象。
图4矿山环境恢复治理与土地复垦
环境管理与监测指标中，可建立绿色矿山遥感监测体系，在“绿色矿山”建设过程中利用InSAR技术对矿区地下水、地表水、土壤环境、地面形变、地质灾害等实行动态监测(图5)；利用多源、多时相的高分辨率卫星遥感和无人机监测技术对矿区建立绿色矿山遥感监测机制；对复垦责任区土地损毁情况、稳定状态、复垦质量及影像范围地质环境稳定性与土壤质量进行动态监测(图6)。通过对比年和年矿山地质环境修复治理情况可知，煤矿排土场年对排土场顶部平整覆土，种草复绿，长势情况良好。
图5煤矿InSAR技术地面形变监测
图6排土场覆土复绿遥感监测
2.3科技创新与数字化矿山在绿色矿山科技创新与数字化矿山建设方面，利用遥感、GIS、大数据和云平台等建设绿色矿山生产监测信息系统，推动矿山企业采用信息网络技术、智能控制技术，建设数字化智能绿色矿山，对矿山生产的各个生产环节进行监测，及时更新遥感影像、地形图及DEM等地理信息数据，通过地表遥感数据获取三维地质建模等，实现矿井上下实景对照，对矿山地理空间信息提供可视化管理，井上、井下一体化快速展现，实现矿山地理信息数据与行业服务数据融为一体的二维和三维分析与应用，基于矿山GIS对矿山信息的统一管理与可视化表达，实现全矿山、全过程、全周期的数字化管理、作业、指挥与调度。
另外，可以基于绿色矿山的多时相动态监测，建立绿色矿山地质环境常态化动态监测体系。以GIS为软件平台，利用航空影像、卫星数据、数字高程模型、矿山环境专题数据和其他基础地理数据，集成倾斜摄影构建的三维动态可视化交互式应用软件系统。建立绿色矿山大数据管理平台，监测全区绿色矿山的地质环境状况，形成遥感成果的集中管理和集成应用，将现有业务中的采矿权数据，解译数据与矿区挂接，统一调用、统筹应用，掌握绿色矿山地质环境治理现状，通过互联网+遥感模式，实时发布绿色矿山监测成果，及时为绿色矿山地质环境治理和保护工作提供基础资料和科学依据。
在绿色矿山建设成果的展示方面，可选取矿山建设不同阶段的图像数据，涵盖矿区环境、资源开发方式、资源综合利用等绿色矿山评价指标，编制形成绿色矿山建设图集(图7)，直观展示绿色矿山建设的变化过程，供矿山企业和规划管理部门参考使用。
图7绿色矿山遥感监测图集内容展示
应用实例
在绿色矿山建设评估中，不同类型的遥感数据解决绿色矿山建设的各类问题，并作为主要手段检查绿色矿山的合规性。以下简要介绍遥感技术在露天煤矿、煤田火区、地表沉降等方面的应用。
3.1露天煤矿绿色矿山审核陕西神延煤炭有限责任公司神木县西湾露天煤矿是年神木市申报第二批遴选绿色矿山名单中陕西省典型的露天开采矿山。首先选取年7月高分影像，根据遥感影像圈出矿区范围，划分生产区、生活区。对照绿色矿山评估指导手册中绿色矿山评分表，从遥感影像中发现该矿区在矿区环境和资源开发方式两项不符合绿色矿山要求(图8)，其中，矿区环境中矿区绿化方面具体表现为：①储煤场所未遮盖，没有做到开采、运输过程中保持矿区环境卫生整洁，减少粉尘和撒落物；②排土场边坡未做稳定性处理，没有达到地面坡度及水土保持和掩体稳定性的要求；③排土场绿化不达标，矿区内可绿化面积绿化率远不及%；④矿区专用道路两侧绿化隔离带设置不达标，很多地方从影像上可明显看到没有绿化隔离带。
图8露天煤矿绿色矿山示范解译
3.2煤田火区调查监测我国北方露天煤层自燃区分布较多，针对涉及自燃区的煤矿绿色矿山建设，进行火区的调查和治理是重要任务，通过高分辨率的热红外影像进行地表温度的反演工作，精准确定煤火引起的温度异常分布区(图9)，为矿区灾害的治理和环境的恢复提供了依据，助力绿色矿山建设。
图9煤火热红外遥感处理
图10采矿沉降InSAR监测
3.3地表沉降监测合成孔径雷达(SAR)具有穿透云雾、全天时、全天候的特征，在陕北榆神矿区榆树湾煤矿开展了InSAR地表形变监测试点项目，通过InSAR监测沉降区变化情况，精度可达到厘米级，地表形变的监测与下伏采煤工作面的掘进吻合程度高。
3.4矿区三维地质模拟在我国北方煤矿区矿山环境恢复治理工作中，利用无人机倾斜摄影技术全程监测了治理工程建设情况和恢复治理情况，建立了矿区现场的三维地质模型，达到了直观的展示效果(图11)。
图11矿区恢复治理三维模拟
应用前景展望
绿色矿山是经济可持续发展的新动力，是改善人文环境的必然途径，同时也是规范矿业经济市场秩序的重要手段。利用遥感手段对绿色矿山矿区环境、资源开发方式、资源综合利用和节能减排等各项评价指标进行识别、圈定、标注和分析评价。同时，结合地理信息技术对绿色矿山各种空间信息进行综合分析和处理，建立绿色矿山遥感监测平台，通过遥感技术参与绿色矿山矿山建设、矿山环境恢复治理过程中对矿山地质环境监测预警、检查评估工作，必将对绿色矿山建设起到推动作用。
通过遥感技术从宏观角度获取矿山企业矿区环境、资源开发方式、资源综合利用、节能减排等评价指标数据，可实现快速高效、经济地开展绿色矿山建设评估工作，我国绿色矿山建设从目前的试点探索到全面遴选还有很长的路要走，随着高分遥感技术、低空无人机技术的发展，遥感技术在绿色矿山建设评估及国土规划领域中将发挥更大的作用。
结论
1)遥感技术在绿色矿山建设与评估可以发挥良好的作用，主要是提高矿区环境、资源开发方式和科技创新与数字化矿山的应用效果。
2)参照绿色矿山建设规范和评估指标体系，建立了遥感绿色矿山建设应用的技术体系，总结了绿色矿山遥感应用技术方法。
3)通过多个应用实例的综合分析说明，遥感技术在绿色矿山评估方面具有高效、经济的优势，可进一步推广使用。
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