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拉丁美洲的非法采礦對(duì)森林和河道造成破壞性影響，導(dǎo)致下游對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣瘛?dòng)植物群的健康產(chǎn)生負(fù)面影響。國(guó)際黃金價(jià)格的上漲刺激了非法采礦的蔓延，吸引了數(shù)千人前往該地區(qū)。非法采礦的主要問(wèn)題是濫用和不負(fù)責(zé)任地使用汞和氰化物等有毒并危害環(huán)境的元素。
在哥倫比亞，66% 的砂金開(kāi)采是非法的。根據(jù)聯(lián)合國(guó)毒品和犯罪問(wèn)題辦公室 (UNODC) 的數(shù)據(jù)，Chocó 省的非法采礦率最高。哥倫比亞伊斯特米納是位于喬科省的一個(gè)自治市，位于世界上最有價(jià)值的森林之一的中間。該地區(qū)已被非法采礦破壞。
近年來(lái)，已經(jīng)努力通過(guò)使用光學(xué)衛(wèi)星圖像來(lái)監(jiān)測(cè)和打擊這一活動(dòng)。然而，正在開(kāi)采的大部分地區(qū)都容易出現(xiàn)密集且近乎恒定的云層覆蓋，因此無(wú)法使用光學(xué)圖像來(lái)通知當(dāng)?shù)貓?zhí)法部門(mén)。近年來(lái)，合成孔徑雷達(dá) (SAR) 數(shù)據(jù)的使用越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)傳感器具有優(yōu)勢(shì)，尤其是它能夠在白天和晚上通過(guò)云層獲取信息。厄瓜多爾的 Geospace Solutions 是 ENVI 軟件的分銷(xiāo)商，進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以評(píng)估高分辨率 SAR 數(shù)據(jù)的使用，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和量化 Istmina 黃金的非法開(kāi)采。
該研究使用L3Harris Geospatial 領(lǐng)先的 SAR 處理和分析軟件ENVI SARscape?以及 Capella Space 的 SAR 數(shù)據(jù)進(jìn)行。Capella 目前擁有業(yè)內(nèi)分辨率最高、重訪率最高的 SAR 數(shù)據(jù)。該研究的目標(biāo)是監(jiān)測(cè)感興趣區(qū)域隨時(shí)間的變化，以衡量非法采礦的影響。
研究中使用的 Capella SAR 數(shù)據(jù)是 GEO（地理編碼）產(chǎn)品，在 Stripmap (SM) 和 Spotlight (SP) 模式下獲得（HH共極化，上升軌道）。
用于研究的 SAR 數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：
表 1：Capella SAR 數(shù)據(jù)的特征
| 收藏模式 | 場(chǎng)景大小 | 方位分辨率 | 范圍分辨率 |
|---|---|---|---|
| 聚束式 | 5 公里 x 5 公里 | 0.5米 | 0.5 毫安 0.7 米 |
| 條帶式 | 5 公里 x 20 公里 | 1.2米 | 1.1 毫安 1.6 米 |
獲取多時(shí)相 SAR 數(shù)據(jù)：
2020 年 10 月 22 日 (SM)
2020 年 11 月 4 日 (SM)
2020 年 11 月 10 日 (SM)
2020 年 11 月 30 日 (SM)
2020 年 12 月 14 日 (SP)
在處理和分析 SAR 數(shù)據(jù)之前，圖像已經(jīng)顯示了該地區(qū)發(fā)生的破壞。森林區(qū)域（淺灰色）和沒(méi)有植被的區(qū)域（深灰色）之間的對(duì)比很明顯。由于 Istmina 已被開(kāi)采多年，因此面臨的挑戰(zhàn)是驗(yàn)證是否有新的森林砍伐區(qū)域可以表明最近的活動(dòng)，并確定是否存在用于開(kāi)采礦物的重型機(jī)械和基礎(chǔ)設(shè)施。
使用 ENVI SARscape 從 SAR 強(qiáng)度數(shù)據(jù)中導(dǎo)出基于一階統(tǒng)計(jì)量的多時(shí)態(tài)特征。在 Stripmap 模式下分析 Capella 圖像的目標(biāo)是檢測(cè)和提取臨時(shí)變化。
從 SAR 輸入數(shù)據(jù)計(jì)算的一階統(tǒng)計(jì)量是：
平均值：表示根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)計(jì)算的平均值。
標(biāo)準(zhǔn)偏差：表示根據(jù)所有輸入數(shù)據(jù)計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
中值：表示從所有輸入數(shù)據(jù)計(jì)算的中值（有序序列中的中心值）。
梯度：代表連續(xù)采集日期之間的最大絕對(duì)變化。
最大值：表示從所有輸入數(shù)據(jù)中提取的最大值。
最小值：表示從所有輸入數(shù)據(jù)中提取的最小值。
Span Difference：表示所有輸入數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差。
最大增量：表示連續(xù)采集日期之間的最大增量。
最大減量：表示連續(xù)采集日期之間的最大減量。
跨度比：表示計(jì)算的所有輸入數(shù)據(jù)的最大值和最小值之間的比值。
最大比率：表示在連續(xù)采集日期之間計(jì)算的所有比率中的最大值（最大反向散射增量）。
最小比率：表示在連續(xù)采集日期之間計(jì)算的所有比率中的最小值（最大反向散射減量）。
MuSigma：代表平均/標(biāo)準(zhǔn)偏差比。
變異系數(shù)：表示標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均比率。
眾數(shù)：代表從所有輸入數(shù)據(jù)計(jì)算的眾數(shù)值（在輸入序列中出現(xiàn)頻率更高的值）。
為了表示變化的動(dòng)態(tài)，特征的 SAR 多時(shí)態(tài)分析顯示了 RGB 顏色組成：
R：漸變
G：最小值
B：變異系數(shù)
在此彩色圖像中，品紅色調(diào)表示在 2020 年 10 月 22 日至 11 月 30 日的分析時(shí)間窗口中發(fā)生的具有較高變化動(dòng)態(tài)的區(qū)域。
一般而言，紋理是指作為尺度函數(shù)的圖像灰度級(jí)（色調(diào)）的空間變化。在 SAR 數(shù)據(jù)的情況下，紋理提供了新級(jí)別的信息來(lái)解釋和提取感興趣的特征。
度量標(biāo)準(zhǔn)用于應(yīng)用基于發(fā)生的一階度量的紋理過(guò)濾器。在聚束式模式下對(duì) SAR 數(shù)據(jù)計(jì)算的指標(biāo)是：
數(shù)據(jù)范圍：表示內(nèi)核中最大值減去最小值。
Mean：表示內(nèi)核的平均值。
方差：表示值在均值附近的離散程度的度量。
熵：代表核值無(wú)序的度量。
偏度：表示圍繞均值的對(duì)稱性度量
使用高分辨率 SAR 數(shù)據(jù)進(jìn)行紋理分析使我們能夠通過(guò)虛假的 RGB 顏色組合來(lái)突出數(shù)據(jù)的特征和細(xì)節(jié)，其中：
R：數(shù)據(jù)范圍
G：平均
B：方差
圖 5：基于 SAR 紋理度量的 RGB 組合。
從 Stripmap 模式下采集的多時(shí)相數(shù)據(jù)中獲得 SAR 強(qiáng)度時(shí)間序列后，在以下坐標(biāo) Pto1 中檢測(cè)到新的活動(dòng)：5 ° 13\\\\\'29.67 “N, 76 ° 43\\\\\'23.98” W，
10 月 22 日收集的數(shù)據(jù)與 11 月 30 日（38 天后）收集的數(shù)據(jù)之間的視覺(jué)對(duì)比驗(yàn)證了我們的森林砍伐識(shí)別結(jié)果，如下圖所示：
此外，在坐標(biāo) Pto2: 5 ° 11\\\\\'56.88 “N, 76 ° 43\\\\\'48.39” W 處確定了新沉淀池的建設(shè)。
圖 8：新沉淀池識(shí)別。
此外，在證明采礦活動(dòng)的多時(shí)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行了視覺(jué)驗(yàn)證，如下所示：
Spotlight 數(shù)據(jù)還使我們能夠清楚地識(shí)別基礎(chǔ)設(shè)施元素，例如營(yíng)地和機(jī)械，如下所示：
哥倫比亞的 Istmina 市與該地區(qū)許多其他非法采礦活動(dòng)發(fā)生的地方一樣，位于氣候條件復(fù)雜的地區(qū)。由于缺乏允許監(jiān)視和執(zhí)法的永久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些條件促進(jìn)了非法采礦活動(dòng)的發(fā)展和蔓延。SAR 數(shù)據(jù)提供了解決這個(gè)問(wèn)題的正確解決方案，因?yàn)樗軌颉翱创痹茖硬⒃诎滋旌秃谝惯\(yùn)行。
研究中使用的超高分辨率 SAR Capella 數(shù)據(jù)表明，憑借其改進(jìn)的輻射測(cè)量技術(shù)和低噪聲，可以克服光學(xué)數(shù)據(jù)的局限性，消除目標(biāo)識(shí)別作為傳統(tǒng)傳感器的獨(dú)特能力的神話。
－ The End －
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