遥感
近年来，遥感系统技术和应用技术的发展推动了矿产资源开发区生态环境遥感监测技术的不断进步，并呈现出如下的发展趋势和发展方向。
从单一数据源到多源数据的协同观测
由于矿区环境具有多层、多空间尺度的特征，大尺度遥感数据利于揭示矿区环境的宏观特征，在小尺度高分辨率影像上，矿山开采场、固体废弃物等小目标能够被快速精确识别，并获取其面积，若有高精度的DEM，可估算固体废弃物体积，多源多尺度数据的结合能够对矿区环境这一复杂目标进行更有效的监测。受遥感数据源的限制，传统的矿区环境监测使用的数据源比较单一，难以揭示矿区环境的复杂性。当前，全球卫星遥感已经发展为光学与微波结合，大、中、小、微型卫星协同，粗、中、细、精分辨率卫星互补的全天候、多层次的综合对地观测体系，空间、光谱、辐射、时间分辨率持续增加，已经具有大范围、多时空尺度监测矿区环境的数据获取能力。研究和发展协同多源、多时空尺度遥感数据的矿区环境监测技术对于深入揭示矿区环境特征、提高矿区环境监测水平具有重要的意义。虽然多卫星的综合数据获取能力大幅提高，但是多源遥感立体协同观测数据处理技术的发展相对滞后，针对多源遥感观测数据，需要开展地理矿情多源监测信息协同处理理论与方法的研究，重点突破多传感器、多时相、多尺度、多平台、主被动遥感数据同化、协同处理和综合认知等关键技术的研究。
从常规观测到应急响应
面向矿区突发环境事故应急指挥对空间信息快速、精准获取的需求，研究突发情况下空间信息实时化获取与快速处理技术。无人机航空遥感技术作为一项空间数据获取的新手段，具有高机动、低成本、自动化、快速获取地理资源环境等空间遥感信息的能力，是卫星遥感与常规航空遥感的有力补充，尤其是在常规航空遥感以及卫星遥感难以拍摄的多云、多雾情况，或者非常紧急地需要遥感数据情形下，无人机遥感正逐渐成为获取局部区域大比例尺航空摄影和遥感数据的一种经济、实用的解决方案。此外，围绕典型矿区环境安全，构建天空地一体化协同观测体系，建立突发事件与多种有效载荷平台的多维、多尺度互补和协同关系模型，从而形成以天基观测为主、空基与地基观测为辅的天、空、地一体化矿区应急协同观测机制;对不同轨道类型、不同载荷类型的卫星进行统一规划，建立特定突发事件与卫星有效载荷成像模式的关系模型，形成多卫星对突发事件地面区域的协同成像观测方案;在此基础上，采用新型的基于位置的即时卫星影像服务模式，利用虚拟地面站技术，近实时地为用户提供主动、定点的卫星数据服务，并在第一时间将卫星数据和地表要素提取结果推送给用户，为矿区突发事件遥感应急响应及快速数据获取提供技术支持。
矿区环境灾害应急，应加强无人机航空遥感矿区空间信息实时化获取与快速处理关键技术研究，加强多卫星协同观测，天空地协同观测、虚拟地面站技术等的研究，为矿区应急救灾及时提供高质量空间地理信息，满足应急决策需求，提高矿区突发灾害应急保障能力和空间信息服务水平。
从静态分析到动态监测
卫星遥感技术具有周期性重复观测的特点，可以对矿产开发区环境进行变化监测。目前，矿产资源开发区环境遥感变化监测主要基于两个或者多个时相遥感数据，进行不同时间点间的对比分析，是一种静态分析，难以揭示矿产资源开发区生态环境长时间的动态变化过程。随着时间序列卫星数据源的增多和时间序列分析技术的发展，矿产资源开发区生态环境监测从多时相静态分析向长时序动态监测过渡，从简单的土地覆盖类型变化到定量化指标分析方向发展。
时间序列分析方法可提供高时间分辨率的典型矿产资源开发区生态环境动态监测技术框架，监测和定量矿产资源开发区生态环境长时间持续变化过程，如生态环境重建、生态演化过程模拟与分析等。通过建立矿产资源开发区生态敏感因子和土地覆被变化轨迹数据集，开展生态敏感因子的时序信息分析以及针对土地覆被时序的频繁序列模式、伴随序列模式和聚集序列模式的时序信息挖掘，从而得到矿产资源开发区生态敏感因子和地表覆被变化的动态特征，深入理解矿区生态环境的变化过程和生态土地覆被的时空分布格局和演化特点。
综合考虑矿产资源开发区对生态环境的影响特点以及遥感数据的特性，结合土地利用与覆盖数据，构建时间序列矿产资源开发区生态环境定量化动态监测指标体系，实现从定性分析向定量表达的转变，主要包括矿产资源开发区开采区空间分布及面积、尾矿空间分布、矿产资源开发区斑块数及平均斑块面积、地表破损率、露天开矿占用生态系统类型的面积与比例、开矿固体废弃物压占生态系统类型的面积与比例、复垦的生态系统类型面积与比例等的定量化监测指标。
矿产资源开发区动态监测有利于长期、系统、动态地监测生态环境，为国家和决策者提供科学的决策依据。未来应着重研究基于长时间序列遥感数据和时间序列分析技术的矿区环境的连续动态监测，厘清矿区环境变化的长期趋势、季节性变化模式以及短期突发的事件，分析矿区环境变化发生的时间、地点和诱因，从而实现对矿区环境进行更好的监测和预测，这对矿产资源的可持续发展以及合理保护、规划治理矿产开发区的生态环境具有重要的现实意义。
从遥感图像的目视解译到信息提取的自动化与智能化
随着多源多传感器数据，尤其是高分辨率数据在矿区环境监测中使用的日益广泛，矿区环境遥感监测技术进入了大数据时代，遥感数据量的急剧增加对矿区遥感信息提取技术提出了更高的要求。而目前矿区遥感影像信息提取基本处于人工解译或半自动解译状态，效率低、普适性不高，为满足矿区复杂、海量、异质、动态、多源、多时相和多尺度空间数据快速处理的需求，自动化和智能化的矿区遥感信息提取技术是未来要开展的一项重要研究工作。
当前，随着遥感技术的发展，迅速膨胀的数据和日益增长的需求对遥感图像信息提取技术的效率和精度提出了越来越高的要求。但是，目前却没有一种有效的、适用于各类目标的遥感图像全自动信息提取方法。而人类视觉系统在认知场景时却表现出巨大的优势。人类视觉系统每时每刻都在接收大量的视觉信息，却能实时地做出反应，并准确地定位所搜索的目标。这种实时的反应能力来自视觉信息处理过程的高速度和并行化。同时，面对一个复杂的场景，人类总会选择少数几个显著区域或者对象进行优先处理，而忽略或者舍弃其他的非显著区域或者对象，具有异常突出的数据筛选能力。这一过程被称为视觉注意。人类的视觉感知系统具有非常优秀的数据筛选能力。面对时刻都在变化的各种信息，人类能从进入人眼的海量信息中，选择部分重要的视觉信息做出响应，这种具有选择性和主动性的生理和心理活动被称为视觉注意机制。在矿区遥感信息提取处理中引入并研究这种注意机制，对于更好地解决海量遥感数据筛选问题、提高矿区遥感信息提取的智能性具有重大意义。
针对海量遥感数据，我们可以从总结、分析当前现有的人类视觉注意模型入手，选取合适的视觉注意模型算法进行详细探究，在分析高分辨率遥感图像及特定矿山目标特性的基础上，研究改进新的针对高分辨率遥感影像的视觉注意模型，从而提高高分辨率遥感影像矿山目标认知的自动化与智能化水平。
新型对地观测技术应用于矿区环境监测
近年来，为了获得地球系统(大气、海洋和陆地) 的知识并了解其变化规律，世界各国都努力地发展新型的信息获取技术。在空间对地观测技术领域，涌现了诸多新型的对地观测仪器和信息获取技术。这些新型对地观测技术为矿区环境监测提供了新的方法。
机载激光雷达三维扫描系统是集成了激光测距仪、全球定位系统和惯性导航单元的新型航空遥感对地观测技术，为快速获取高精度地形地貌数据提供了一种前所未有的解决方案。机载LiDAR 系统在飞行中每秒可以获取几十万个点数据，侧向扫描角度大，在短时间内实现大范围三维地貌、地物和植被扫描，数据在水平和垂直方向上可达到厘米级精度。 LiDAR 技术以其便利性、可重复性、绝对定位以及数据的真三维性和前所未有的精度等优势，已得到不同行业的一致认同。 作为一种精确、快速地获取地面三维数据的技术手段， LiDAR 技术在矿区环境监测中有广阔的应用前景，可以用于矿区目标信息提取、矿区DEM构建、矿区应急快速数据获取、高植被覆盖矿区沉陷监测、数字矿山建设等领域。
视频卫星是一种新型对地观测卫星，与传统的对地观测卫星相比，其最大的特点是可以对某一区域进行“凝视” 观测，以“视频录像” 的方式获取动态信息。国际上正在积极研制的米级分辨率静止轨道光学成像卫星具备长时间视频拍摄能力，在矿区环境监视领域有着广阔的应用前景。
新型对地观测技术的发展为矿区环境监测提供了新的技术手段，应加强激光雷达、视频卫星等新型对地观测技术在矿区环境监测中的研究和应用。
本书注重遥感监测与评估方法的系统性和实用性, 可作为矿产资源和生态环境管理部门相关专业技术人员的参考用书, 亦可作为资源环境、遥感和GIS应用等领域的研究、教学和学习的参考用书。
