李永平，談樹成,3，趙曉燕

(1.云南大學資源環(huán)境與地球科學學院，云南 昆明 650500；2.云南省地理研究所，云南 昆明 650223；3.云南大學“一帶一路”戰(zhàn)略研究院，云南 昆明 650500)

0 引言

礦產資源作為一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要儲備資源，對推動城市化建設、基礎設施建設和國防安全起著重要的作用[1]。為了準確、及時地掌握全國礦產資源開發(fā)秩序、礦山地質環(huán)境問題和礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況，自2006年起，國土資源部中國地質調查局先后啟動了關于礦產資源開發(fā)遙感調查與監(jiān)測項目[2]。發(fā)現(xiàn)部分礦山存在越界開采、無證開采、以采代探、擅自改變開采礦種等多種違法行為，礦產資源違法開采不僅造成資源的浪費，而且破壞土地資源，引發(fā)嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，諸如礦山地質災害、環(huán)境污染、占損或破壞土地等，給人民的生命財產安全和國家礦產資源的儲備造成重大損失和浪費[3]。礦產資源違法開采已經成為一些地區(qū)經濟和社會發(fā)展的制約因素，不利于礦產資源的可持續(xù)開發(fā)利用和人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)的礦產資源違法開采主要通過地方國土資源局逐級統(tǒng)計上報和群眾舉報，數(shù)據真實性不高，效率低下。礦產資源豐富的地區(qū)，礦山點多面廣，違法主體的確定也非常困難，難以對礦產資源的開發(fā)利用實施有效監(jiān)管[4]。隨著遙感技術在礦產資源監(jiān)測調查領域中的運用，高分衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測已成為一種先進的工作手段和重要方法[5]。近年來，國產高分衛(wèi)星遙感技術的快速發(fā)展，為礦產資源調查與監(jiān)測提供了方便、快捷、高效的數(shù)據支撐，在礦產資源監(jiān)測中的應用越來越廣[6-9]。

采用多期遙感數(shù)據和多源遙感數(shù)據相結合；計算機信息自動提取與人機交互解譯相結合；遙感技術與衛(wèi)星定位技術、地理信息系統(tǒng)技術相結合[10]，室內綜合研究與野外實地調查相結合的方法[11]，開展了2011—2015年云南省北部地區(qū)礦產資源違法開采遙感動態(tài)監(jiān)測，得出云南省北部地區(qū)5年內的礦山違法開采圖斑變化情況，分析其原因，并提出合理的建議與對策，為云南省礦政管理部門制定礦產資源規(guī)劃[12]、整頓礦產資源開發(fā)秩序[13-14]，治理礦山地質環(huán)境[15-17]提供數(shù)據支撐和決策依據。

1 研究區(qū)概況

云南省北部地區(qū)包括昆明市、昭通市、曲靖市、麗江市、大理白族自治州、怒江傈僳族自治州、迪慶藏族自治州、楚雄彝族自治州4個地級市和4個自治州，共68個縣(市、區(qū))，總面積約192900km2，總人口達2597萬人，社會經濟呈現(xiàn)滇中、滇東發(fā)展較好、滇西相對較差的不平衡局面。研究區(qū)地處“西南三江成礦帶”和“揚子西南緣成礦帶”[18]，礦產資源極為豐富，共有能源礦產2種，金屬礦產12種，非金屬礦產35種，已成為云南省北部地區(qū)五大支柱產業(yè)之一[19]。截至2015年底，云南省共提供采礦權6398個，北部地區(qū)有4139個，占采礦權總數(shù)的64.7%；共提供探礦權2236個，北部地區(qū)有1013個，占探礦權總數(shù)的45.3%。從區(qū)內礦權的整體分布可以看出，礦權主要集中在曲靖市、昭通市和昆明市，采礦活動較為活躍，不合理開采現(xiàn)象頻發(fā)，監(jiān)管難度較大。

2 數(shù)據來源及遙感影像處理

2.1 遙感數(shù)據來源

全國土地變更調查與監(jiān)測的遙感衛(wèi)星數(shù)據主要包括遙感26號、遙感24號、高分一號、高分二號、天繪一號、實踐九號、資源一號以及P1衛(wèi)星影像，覆蓋了整個云南省北部地區(qū)。影像數(shù)據的空間分辨率從1～16m不等，其中空間分辨率為16m的遙感影像主要覆蓋滇東北和滇東地區(qū)，空間分辨率優(yōu)于2m的遙感數(shù)據覆蓋了云南省北部地區(qū)中型城市及周邊地區(qū)，空間分辨率優(yōu)于1m的遙感數(shù)據主要覆蓋昆明市主城區(qū)和一部分周邊地區(qū)，其遙感衛(wèi)星影像的具體參數(shù)如表1所示。

表1 遙感衛(wèi)星影像參數(shù)信息

2.2 遙感影像處理

(1)影像糾正。影像糾正以1∶5萬(或1∶1萬)地形圖、DEM和以往高精度正射影像地圖為基準，進行影像正射糾正。糾正時采用高斯-克呂格6度帶投影，西安80坐標系。圖形正射糾正所選控制點應均勻分布，校正后影像誤差不大于圖上距離0.5mm。后期制作影像的無縫鑲嵌處理時，鑲嵌圖滿足在相鄰圖像重疊區(qū)內選擇的同名點嚴格對準，擬合中誤差控制在2個像元左右(山區(qū))。

(2)影像增強處理。影像增強處理方法包括反差增強、邊緣增強、數(shù)據融合、彩色增強等[20]。該項目采用數(shù)據融合和彩色增強處理方法，將多光譜波段與全色波段進行融合處理，在保持圖像的光譜信息不損失的情況下，增強圖像的空間分辨率，進而利用融合后的波段進行彩色合成，形成模擬真彩色圖像，達到突出目標物信息的效果。

(3)圖像鑲嵌。由于重點礦區(qū)內多景影像獲取時相可能不統(tǒng)一，需要進行無縫鑲嵌處理。對拼接影像控制點進行統(tǒng)一布置，均勻分布，采用一次多項式校正的方法達到相鄰影像在拼接線處的細節(jié)幾何上一一對接，同時滿足相鄰影像的色調保持一致的要求，進行直方圖的調整及色相的調整，使影像達到清晰、層次豐富、色調均勻、反差適中，最終實現(xiàn)影像在整個重點礦區(qū)內的無縫拼接。

3 礦產資源違法開采行為遙感信息提取

通過礦產資源開采違法行為的界定及解譯標志的建立，以ArcGIS 10.1為平臺，利用衛(wèi)星遙感數(shù)據結合區(qū)域礦權數(shù)據，準確地判斷和界定疑似違法圖斑。礦產資源違法開采行為的界定及解譯標志的建立主要有9種。

(1)無證勘查：未取得勘查許可證卻進行礦產資源勘查的行為。在遙感影像上，色調呈白色、灰白色，形狀呈不規(guī)則多邊形，且面積不大，與四周地物界線明顯，疊加探礦權后，發(fā)現(xiàn)有該影像特征的圖斑所在位置沒有礦產資源勘查所需的探礦權范圍。

(2)越界勘查：超過勘查許可證規(guī)定的范圍進行礦產資源勘查的行為。遙感影像特征同上，圖斑位于探礦權范圍之外。

(3)擅自改變勘查對象：勘查礦產資源的種類與勘查許可證規(guī)定的礦種不符的行為。該類違法圖斑一般從遙感影像上建立解譯標志難以判斷，需實地核查或其他方式。

(4)一證多井：實際礦山開采的硐口或井口數(shù)量超出了許可證載明的數(shù)量。該類違法圖斑通過建立直接解譯標志難以判斷，需根據其他目標物的布局和位置等影像特征推斷，煤礦是云南省北部地區(qū)礦山開采方式為硐采的礦種，硐口一般位于半山坡處呈亮藍色的礦山建筑、深黑色煤堆、淺灰色的煤矸石堆附近，多為礦山道路的盡頭，往往有運輸軌道延伸出來；疊加采礦權后，一個采礦權范圍內對應有多個硐口的影像特征。

(5)以采代探：取得探礦權后并非進行礦產資源勘查，實際上進行礦產資源開采的行為。遙感影像上疊加探礦權后，探礦權范圍內影像特征為開采礦種為煤或黑色金屬，其色調呈黑色、深黑色，其他一般為白色和灰白色，條帶狀紋理，形狀呈不規(guī)則多邊形，具有開采面或硐口的影像特征。

(6)無證開采：未取得采礦許可證卻進行礦產資源開采的行為。遙感影像特征同上，疊加采礦權后，圖斑沒有在采礦權范圍之內，一般距離現(xiàn)有采礦權比較遠的位置。

(7)越界開采：礦產資源實際開采范圍超越采礦許可證規(guī)定范圍的行為。遙感影像特征同上，疊加采礦權后，圖斑沒有在采礦權范圍之內，一般位于采礦權附近，或者部分開采面位于采礦權之內，部分開采面位于采礦權之外。

(8)擅自改變開采礦種：開采礦產資源的種類與采礦許可證規(guī)定的礦種不符的行為。實際開采圖斑的影像特征不同于采礦許可證規(guī)定礦種的影像特征。

(9)擅自改變開采方式：開采礦產資源的方式(露天開采、地下開采、聯(lián)合開采)與采礦許可證規(guī)定的方式不符的行為。

通過以上違法行為的界定及解譯標志的建立，在衛(wèi)星遙感影像上疊加礦權數(shù)據，并準確地提取違法圖斑信息，完成室內違法信息提取后，便對提取結果進行實地調查。

4 礦產資源違法開采遙感監(jiān)測結果

收集云南省北部地區(qū)2012年—2016年的采礦權、探礦權及多時相和多源的高分衛(wèi)星遙感數(shù)據，對遙感影像進行處理，根據礦山違法情況，建立了遙感解譯標志，開展了近5年的礦山違法開采圖斑遙感解譯，并通過野外實地核查，得出礦山違法開采活動近5年內的時空變化情況。對礦產資源違法開采圖斑進行遙感動態(tài)變化監(jiān)測，得出近5年內礦山違法開采總圖斑、違法方式、違法礦種的變化趨勢和違法圖斑的空間分布規(guī)律。

4.1 礦山違法開采對比監(jiān)測

2011年，云南省北部地區(qū)共發(fā)現(xiàn)礦山違法開采圖斑139處，2012年，礦山違法開采圖斑數(shù)量增加至359處，2013年增加至476處，2014年增加至582處，2015年減少至389處(圖1)。整體來說，2011年—2014年礦山違法開采圖斑數(shù)量呈遞增趨勢，2015年底，礦山違法開采圖斑數(shù)量有所降低，表明通過礦山違法開采的整頓和改造，礦業(yè)秩序有所好轉。

圖1 2011年—2015年礦山違法開采圖斑動態(tài)變化

4.2 不同礦種違法圖斑動態(tài)變化監(jiān)測

通過對2011年—2015年不同礦種違法圖斑的動態(tài)變化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)2011年—2014年，違法礦山中開采非金屬礦類的礦山違法數(shù)量呈遞增趨勢，2014年—2015年，呈遞減趨勢；開采金屬礦類礦山違法圖斑呈現(xiàn)先減少后增加再減少的波動趨勢；開采能源礦類的礦山違法圖斑呈先增加后減少的變化趨勢。開采不同礦種的礦山違法圖斑數(shù)量整體上呈現(xiàn)減少的趨勢，以開采非金屬礦類的違法礦山數(shù)量最多(圖2)。

圖2 2011年—2015年不同礦種違法圖斑動態(tài)變化

4.3 礦山不同違法類型圖斑動態(tài)變化分析

通過對礦山違法開采不同違法類型圖斑個數(shù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)礦山的違法開采主要為越界開采和無證開采，而一證多井、擅自改變開采方式、擅自改變開采礦種、以采代探、越界勘查和無證勘查違法類型的礦山較少。2011年—2014年，越界開采和無證開采違法類型的礦山數(shù)量呈遞增趨勢，2014年—2015年，呈遞減趨勢；而其他違法類型的圖斑數(shù)量在2011年—2015年間呈現(xiàn)不規(guī)律的波動變化，數(shù)量較少，占違法開采圖斑的比例較小，研究區(qū)礦山違法開采類型中越界開采占有主導地位，影響礦山違法開采圖斑的總數(shù)量和礦業(yè)秩序(表2)。

表2 2011年—2015年礦山不同違法類型圖斑動態(tài)變化統(tǒng)計

4.4 礦山違法圖斑在不同州(市)的時空動態(tài)變化

通過對云南省北部地區(qū)不同地級市2011年—2015年礦山違法圖斑的變化趨勢分析，可以看出，2011年—2015年，各地區(qū)的礦山違法開采圖斑數(shù)量整體上呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，尤其是2014年前后的動態(tài)變化趨勢較為明顯；從空間分布上來看，各地區(qū)在5年內違法圖斑數(shù)量從高到低依次是楚雄彝族自治州、大理白族自治州、昆明市、昭通市、麗江市、曲靖市、怒江傈僳族自治州、迪慶藏族自治州。整體來說，楚雄彝族自治州、大理白族自治州和昆明市是礦山開發(fā)違法情況最嚴重的地區(qū)，也是礦業(yè)開發(fā)秩序最混亂的地區(qū)，因此對這3個地區(qū)開展礦山開發(fā)秩序整治顯得極為重要(表3)。

5 礦山違法圖斑動態(tài)變化原因

對云南省北部地區(qū)礦山開發(fā)違法圖斑的動態(tài)監(jiān)測變化趨勢分析，可以看出，2011年—2014年，礦山違法開采圖斑數(shù)量整體上呈現(xiàn)遞增的趨勢，2014年—2015年，呈現(xiàn)遞減的趨勢。針對礦山違法開采總圖斑數(shù)量、開采礦種、違法類型以及各地區(qū)的變化，分析了產生這種趨勢變化的原因。

表3 2011年—2015年礦山違法圖斑在各地區(qū)的時空分布變化

(1)隨著遙感數(shù)據的質量和分辨精度的逐年提高，遙感衛(wèi)星影像可解譯程度越來越好，2011年—2015年，云南省北部地區(qū)礦產資源開發(fā)違法圖斑數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。主要原因是2015年礦產品價格持續(xù)走低，礦山開采成本較高，礦業(yè)權人的投資積極性降低。有的礦權人后期勘查實際投資能力不足，兩方面的原因導致了全省礦產勘查投入資金大幅下滑，礦業(yè)再次進入低谷期。

(2)云南省北部地區(qū)的礦山違法開采方式以越界開采為主，最高達414處，無證開采次之。因礦山開采監(jiān)管難度大，在經濟利益的驅使下，存在采礦活動超越了采礦權批準的范圍進行采礦，或者開采者在無采礦權的情況下進行擅自開采活動的現(xiàn)象。

(3)2011年—2015年，礦山違法礦種主要以非金屬礦類為主，是由于各地區(qū)城市民生工程、基礎設施建設的推動，使得部分地區(qū)對砂石料、磚瓦用粘土等非金屬礦類的需求量保持強勁勢頭，同時國土部門監(jiān)管措施不夠得力，全面監(jiān)管存在問題，導致非金屬礦類違法行為難以得到有效遏制，甚至持續(xù)增加。

(4)由于礦業(yè)形勢、經濟發(fā)展的變化以及礦產資源監(jiān)管力度存在差異，各州(市)的礦產資源開發(fā)違法的變化趨勢也存在差異。昆明市、楚雄彝族自治州、大理白族自治州的礦產資源違法現(xiàn)象較為嚴重。

6 建議

(1)國土部門應提高對礦產資源違法開采行為的監(jiān)管力度。采用高分辨率遙感影像實時監(jiān)測礦山開采的動態(tài)變化情況，掌握礦山開采活動的動態(tài)變化，加強對礦山開采行為的監(jiān)管力度，規(guī)范礦山開采行為。

(2)礦山采礦者應遵守礦產資源開采的技術規(guī)范和在規(guī)定的礦權范圍內進行開采。在礦權的邊界打樁或者布線來確定邊界，防止礦山采礦者在無意識的狀態(tài)下越界開采。

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