揭文輝 章新益 吳 蔚 薛 慶 王瑞軍

(核工業(yè)航測遙感中心)

遙感技術(shù)(Remote sensing，RS)是從遠距離感知目標反射或自身輻射電磁波、可見光、紅外線，對目標進行探測和識別的技術(shù)，主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)，近年來被廣泛用于地球資源普查、植被分類、土地利用規(guī)劃、農(nóng)作物病蟲害和作物產(chǎn)量調(diào)查、環(huán)境污染監(jiān)測、地震監(jiān)測等方面［1］。國外利用RS技術(shù)對礦山活動及礦山環(huán)境的調(diào)查與監(jiān)測較早，美國早在1969年便組織了相關(guān)部門利用遙感技術(shù)對煤矸石堆、煤礦區(qū)土地復(fù)墾等進行動態(tài)監(jiān)測，取得了明顯效果［2］。在國內(nèi)的相關(guān)研究中，2002年，王曉紅等［3］首次對江西崇義鎢礦進行了動態(tài)監(jiān)測，對比分析了TM、SPOT和QuickBird數(shù)據(jù)進行礦山監(jiān)測的優(yōu)劣，并進行了計算機自動信息提取;周萍等［4］詳細介紹了空間RS技術(shù)用于礦山安全監(jiān)測的主要內(nèi)容和技術(shù)方法;劉美玲［5］利用MSS、TM遙感數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進行了監(jiān)測和評價。以遼寧省撫順市某區(qū)域作為研究區(qū)，適時獲取該區(qū)Pleiades遙感數(shù)據(jù)，充分利用RS與GIS技術(shù)并結(jié)合模糊數(shù)學方法對研究區(qū)礦山開發(fā)狀況及礦山環(huán)境進行評價，并分析了RS和GIS技術(shù)在礦山調(diào)查中的應(yīng)用成果。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省撫順市，行政區(qū)域涉及撫順縣、望花區(qū)、東洲區(qū)，總面積875 km2。區(qū)內(nèi)主要有鐵礦、銀礦、建筑用花崗石、建筑用砂、磚瓦用黏土等礦種，礦山企業(yè)共有81家(金屬礦71處，非金屬礦10處)，礦山開采方式包括地下開采和露天開采，區(qū)內(nèi)重點調(diào)查礦種為鐵礦。區(qū)內(nèi)礦山企業(yè)較多，隨著礦山開采規(guī)模、強度的不斷擴大，產(chǎn)生的礦山環(huán)境問題也不斷增多。根據(jù)遼寧省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查資料，礦山環(huán)境問題突出表現(xiàn)在破壞和占用大量的土地資源、嚴重破壞自然景觀和旅游資源、水土污染問題及引發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等)。區(qū)內(nèi)礦山活動較多，固體廢棄物排放嚴重。研究區(qū)涉及“礦山復(fù)綠”行動治理的礦山10個，治理年度為2014年，治理措施為地貌景觀修復(fù)及植被綠化，治理面積共36.322 hm。

2 研究方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)源

研究區(qū)選擇最新時相的Pleiades遙感數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.5 m，無云覆蓋、無云影、影像清晰、反差適中，影像內(nèi)部和相鄰影像間無明顯偏光、偏色現(xiàn)象，質(zhì)量較好。Pleiades衛(wèi)星參數(shù)見表1。

表1 Pleiades衛(wèi)星參數(shù)

2.2 研究流程

本研究搜集研究區(qū)的資料主要有遼寧省區(qū)域地質(zhì)志，各比例尺區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，礦區(qū)專題研究報告，調(diào)查區(qū)礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃，相應(yīng)比例尺的地形資料及DEM數(shù)據(jù)資料，采礦權(quán)、探礦權(quán)、礦山環(huán)境恢復(fù)治理等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過ArcGIS軟件平臺，疊加衛(wèi)星影像及搜集到的礦權(quán)、規(guī)范等資料，建立礦山占地、礦山地質(zhì)災(zāi)害區(qū)、礦山環(huán)境、礦山恢復(fù)治理區(qū)等解譯標志進行信息提取，在此基礎(chǔ)上通過野外實地調(diào)查與室內(nèi)綜合研究相結(jié)合開展礦山調(diào)查工作，技術(shù)路線見圖1。

圖1 礦山調(diào)查技術(shù)路線

2.3 研究方法

首先，對搜集的原始影像進行預(yù)處理，在保持足夠信息量和清晰度的前提下，對原始影像進行去條帶和濾波處理，對輻射度畸變較大的原始影像應(yīng)進行輻射度糾正處理;其次，對影像數(shù)據(jù)進行幾何糾正，主要采用地形圖糾正法，選取影像與地形圖上均較清晰的同名地物作為影像校正的控制點，平面坐標系統(tǒng)采用1980西安坐標系，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準，投影方式采用高斯-克呂格投影，影像經(jīng)處理后，進行無縫鑲嵌處理，在相鄰影像重疊區(qū)內(nèi)選擇同名點進行嚴格對準，擬合中誤差控制在1個像元以內(nèi);最后，進行多光譜與全色影像融合，采用紅、綠、藍的真彩色合成方式，生成高分辨率彩色影像，見圖2。由圖2可知:色彩層次豐富，紋理信息清晰，礦山建筑、開采面、道路等信息能夠很好地反應(yīng)在影像上，與自然色彩最為接近。

圖2 Pleiades多光譜與全色融合真彩色影像

礦山調(diào)查的專題信息提取以ArcGIS軟件為主要數(shù)據(jù)平臺，將處理后的模擬自然真彩色影像疊加最新的礦權(quán)數(shù)據(jù)、資源規(guī)劃數(shù)據(jù)及礦山環(huán)境恢復(fù)治理數(shù)據(jù)等，以目視解譯及計算機自動提取相結(jié)合的方法對各類開發(fā)狀況和環(huán)境專題信息進行識別。礦山調(diào)查的主要內(nèi)容包括礦山開發(fā)狀況及礦山環(huán)境，據(jù)此建立開采面、采場、固體廢棄物、礦山道路、礦山建筑、排土場、尾礦庫及開采井等解譯標志［6-7］，在此基礎(chǔ)上對調(diào)查區(qū)進行影像解譯。

2.4 野外調(diào)查驗證

研究區(qū)共解譯圖斑551個，對該類解譯圖斑進行野外驗證，主要是對解譯過程中存在疑問的圖斑、復(fù)綠工程、礦山地質(zhì)災(zāi)害等進行驗證。本研究開展的研究區(qū)野外調(diào)查情況見圖3，其路線長度總計401 km，完成野外驗證點56個，驗證圖斑107個，驗證率19.42%，其中解譯正確105個，正確率98.13%。

圖3 研究區(qū)野外調(diào)查

3 礦山調(diào)查結(jié)果

3.1 礦山開發(fā)狀況

通過對研究區(qū)進行野外驗證，結(jié)果見表2。由表2可知:區(qū)內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的采礦點中，合法開采點101處，關(guān)閉或廢棄開采點232處，疑似違法開采點10處;區(qū)內(nèi)開采鐵礦點共300處，占整個工作區(qū)開采點數(shù)量的87.46%，其次為建筑用花崗石，共20處，占整個工作區(qū)開采點數(shù)量的5.83%。

表2 調(diào)查區(qū)礦山遙感調(diào)查結(jié)果

3.2 礦山開發(fā)環(huán)境

經(jīng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開發(fā)占地情況見圖4。各類礦山占地面積共計1743.29 hm，占調(diào)查區(qū)總面積的1.99%。區(qū)內(nèi)各類占地中金屬礦山占地面積1530.73 hm，非金屬礦山占地面積212.56 hm，其在調(diào)查區(qū)內(nèi)的分布情況見圖5。

圖4 礦產(chǎn)資源開發(fā)占地統(tǒng)計

調(diào)查區(qū)內(nèi)固體廢棄物主要為排土場、尾礦庫及尾礦堆，調(diào)查結(jié)果顯示:排土場占地面積117.86 hm，尾礦庫占地面積231.30 hm，尾礦堆占地面積11.52 hm。不按規(guī)定處理及堆放的排土場、尾礦堆為地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡、泥石流等)隱患區(qū)、易發(fā)區(qū)。調(diào)查結(jié)果表明，由于礦山開采引起的災(zāi)害隱患區(qū)有3處(其中滑坡1處，泥石流2處)，調(diào)查區(qū)內(nèi)涉及“礦山復(fù)綠”行動治理礦山10個，“礦山復(fù)綠”恢復(fù)治理工程5個，治理面積4.87 hm。

4 結(jié)語

以遼寧省撫順市某區(qū)域為研究對象，總結(jié)了高分辨率衛(wèi)星遙感影像與GIS技術(shù)在礦山調(diào)查中的工作流程。調(diào)查結(jié)果表明，利用RS技術(shù)能夠快速、準確、及時地對目的區(qū)域礦山開發(fā)狀況及礦山開發(fā)環(huán)境進行分析和評價，可為相關(guān)部門整頓礦業(yè)秩序、合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，保護地質(zhì)環(huán)境，及時消除地質(zhì)災(zāi)害隱患提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］ 劉鵬飛，帥 爽，陳 安.礦山遙感監(jiān)測 ZY-3影像與SPOT-5影像對比分析［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8):127-129.

［2］ 夏 樂.遙感技術(shù)在礦山開發(fā)監(jiān)測中的應(yīng)用——以湖南郴州蘇仙區(qū)為例［D］.北京:中國地質(zhì)大學(北京)，2008.

［3］ 王曉紅，聶洪峰，李成尊，等.高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦山開發(fā)狀況及環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用效果比較［J］.國土資源遙感，2004，26(5):235-237.

［4］ 周 萍，李志忠.空間遙感技術(shù)(3S)用于礦山地質(zhì)環(huán)境與生產(chǎn)安全監(jiān)測［J］.中國礦業(yè)，2002，28(2):127-130.

［5］ 劉美玲.基于GIS和RS的礦產(chǎn)資源開發(fā)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測與評價［D］.北京:中國地質(zhì)大學(北京)，2006.

［6］ 楊貴軍，武文波，陳步尚，等.土地利用遙感監(jiān)測中變化信息的提取方法［J］.東北測繪，2003，26(1):18-21.

［7］ 秦緒文，楊金中，康高峰，等.礦山遙感監(jiān)測技術(shù)方案方法研究［M］.北京:測繪出版社，2011.