井書文

摘 要：長期以來，礦產(chǎn)開采造成大量礦山環(huán)境被破壞，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟造成了較大影響。利用遙感解譯技術(shù)開展礦山地質(zhì)環(huán)境遙感動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)對礦山地質(zhì)環(huán)境的有效監(jiān)控和管理，為礦山地質(zhì)環(huán)境的執(zhí)法監(jiān)督和科學管理、礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復治理規(guī)劃的制定、礦山地質(zhì)環(huán)境重點治理工程的實施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：遙感解譯；礦山；地質(zhì)環(huán)境

中圖分類號：TD167；X87 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0012-03

Application of Remote Sensing Interpretation in Mine

Geological Environment Monitoring

JING Shuwen

（Geological Environmental Monitoring Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： For a long time， the exploitation of minerals has caused a lot of damage to the mining environment， which has had a great impact on the local ecological environment and regional economy. Using remote sensing interpretation technology to carry out dynamic monitoring of mine geological environment remote sensing to achieve effective monitoring and management of mine geological environment ，which provided basis for the law enforcement supervision and scientific management of mine geological environment ，for the formulation of mine geological environment protection and recovery management planning ，for the implementation of the focus of geological environment of mine governance projects.

Keywords： interpretation of remote sensing； mine； geological environment

由于歷史原因，長期以來礦產(chǎn)開采造成大量礦山環(huán)境被破壞。近年來，河南省各類礦產(chǎn)資源開發(fā)對礦山地質(zhì)環(huán)境影響和破壞嚴重區(qū)的面積達1.2×104km2，主要分布于京廣鐵路以西、豫南丘陵、山區(qū)和豫東的煤田。各類礦山開采活動，造成大量的植被破壞、揚塵揚沙，廢石渣堆及大量土地資源被占用，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成較大影響。這些不僅影響礦山的正常生產(chǎn)活動，而且威脅著礦區(qū)周圍居民的生命財產(chǎn)安全，制約區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，甚至會引發(fā)嚴重的社會問題。

礦山開采多處于山區(qū)，交通不便、分布零散，依靠人力監(jiān)測效率低且效果差。衛(wèi)星遙感監(jiān)測具有視點高、視域廣、數(shù)據(jù)采集快和重復、連續(xù)觀察的特點。開展礦山地質(zhì)環(huán)境遙感動態(tài)監(jiān)測，建立礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對礦山地質(zhì)環(huán)境的有效監(jiān)控和管理，及時了解和掌握礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)變化，為礦山地質(zhì)環(huán)境的執(zhí)法監(jiān)督和科學管理、制定礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復治理規(guī)劃、實施礦山地質(zhì)環(huán)境重點治理工程提供依據(jù)。

1 技術(shù)路線

在充分收集工作區(qū)已有礦山地質(zhì)環(huán)境、采礦權(quán)、探礦權(quán)、礦山復綠工作區(qū)、前期礦山遙感調(diào)查與監(jiān)測解譯成果等資料基礎(chǔ)上，采用遙感數(shù)據(jù)與其他多源數(shù)據(jù)相結(jié)合、人機交互解譯相結(jié)合、室內(nèi)綜合研究與實地調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)方法完成遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的應用。

根據(jù)監(jiān)測目的和礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測相關(guān)技術(shù)標準及要求，獲取合適的遙感數(shù)據(jù)及其相關(guān)輔助資料；通過遙感圖像預處理、圖像增強處理和遙感解譯等方法提取礦山開采地的地質(zhì)環(huán)境信息；借助衛(wèi)星定位技術(shù)，輔以適量的野外實地調(diào)查驗證，加強室內(nèi)綜合分析，圈定礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀、地質(zhì)災害等礦山信息的范圍，達到礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯的預期效果。

2 解譯方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)獲取

遙感數(shù)據(jù)采用衛(wèi)星2.5m高分辨率遙感影像，全省影像數(shù)據(jù)采用西安1980坐標系，地圖投影采用高斯-克呂格投影，3度分帶，帶號38。影像局部有少量云層，約占整體的1%，且未覆蓋主要礦產(chǎn)開采區(qū)，影像整體清晰可辨，可解譯程度較高[1，2]。

2.2 野外踏勘

本次野外踏勘采用手持GPS，WGS84地理坐標系。

野外踏勘的原則：選取具有代表性的露天礦山開采點、煤礦工業(yè)廣場、選礦（煤）中轉(zhuǎn)場地、排土場、廢石渣堆、煤矸石堆、尾礦庫、冶煉廠及存在疑問的解譯圖斑為主要對象，并結(jié)合衛(wèi)星影像、電子地圖、紙質(zhì)地圖冊和收集的水域、道路、居民點等地理資料選擇合適的踏勘路線。通過野外踏勘建立遙感解譯標志。

2.3 遙感解譯

2.3.1 解譯方法。遙感解譯工作貫穿整個工作過程。分為初步解譯、野外驗證和綜合整理三個階段。解譯工作程序為從已知到未知、從區(qū)域到局部、從總體到個別、從定性到定量，按先易后難、循序漸進、不斷反饋和逐步深化的方法進行解譯。

2.3.1.1 直接解譯法。根據(jù)地物光譜特征與遙感圖像色彩的對應關(guān)系建立起各自的直接解譯標志。通過色彩、形態(tài)、影紋特征和周圍的相關(guān)關(guān)系分析勾繪其邊界。

2.3.1.2 對比法。對解譯較困難的地物，各種常規(guī)資料較少的地區(qū)，則擴大視野，設法將已知地區(qū)的影像與將要解譯的未知區(qū)影像進行對比解譯，從已知到未知，從一般到特殊。如進行崩塌流等地質(zhì)災害解譯時，先從已知點入手，建立解譯標志，然后向更大范圍推廣。

2.3.1.3 邏輯推理法。有些解譯難度較大的環(huán)境要素，根據(jù)其所在地理位置及其他細微特征匯總起來，進行內(nèi)在聯(lián)系分析，邏輯推理。如崩塌、滑坡和泥石流多與大型活動構(gòu)造或新構(gòu)造有關(guān)，在形態(tài)上多呈線狀影像特征。

2.3.1.4 圖像處理法。對于解譯難度大或模糊不清的圖像，通過局部反差增強、對數(shù)變換、拉伸變換、假彩色合成、多元數(shù)據(jù)融合和比值處理等方法，突出需要的信息，消除干擾信息，使圖像清晰，信息更豐富，提高各種專題的解譯效果。

2.3.2 解譯內(nèi)容。主要的遙感解譯內(nèi)容包括礦山環(huán)境問題和礦山地質(zhì)災害解譯等。通過建立解譯標志，采用人機交互的解譯方法，提取礦山地質(zhì)信息。礦山環(huán)境問題解譯：主要包括采礦場、選礦廠、排土場、廢石渣堆、煤矸石堆、冶煉廠和尾礦庫等。礦山地質(zhì)災害解譯：主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫和不穩(wěn)地斜坡等。最后，所有圖斑的解譯信息按要求填寫“礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測解譯信息表”。

2.3.3 解譯步驟。遙感解譯步驟分為初步解譯、詳細解譯和綜合解譯三個步驟。

①初步解譯。在資料收集、整理、分析的過程中，結(jié)合對照遙感影像，初步形成礦山地質(zhì)環(huán)境因子的遙感影像解譯標志，并對影像進行初步解譯。目的是初步建立影像單元，為野外踏勘路線選擇和信息核實提供依據(jù)。

②詳細解譯。在野外踏勘的基礎(chǔ)上，修正并系統(tǒng)建立解譯標志，對影像進行系統(tǒng)詳細的解譯，確定各個礦山地質(zhì)環(huán)境因子的屬性、地理位置、形態(tài)、面積及影像特征等信息。詳細解譯成果是開展野外核查驗證的重要資料依據(jù)。

③綜合解譯。綜合解譯應在野外核查驗證工作基本完成后進行。任務是在結(jié)合野外核查驗證的基礎(chǔ)上，對詳細解譯成果進行綜合對比分析，進一步完善解譯標志，修正解譯成果，編制遙感解譯成果圖件。

2.4 野外核查

野外核查是本次礦山環(huán)境遙感解譯的重要環(huán)節(jié)，野外核查的目的是檢驗解譯成果的可靠性和準確性。野外核查內(nèi)容涵蓋各種礦山地質(zhì)環(huán)境問題，并對主要礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山地質(zhì)災害和有疑問的解譯圖斑進行野外實地調(diào)查，調(diào)查路線本著解譯圖斑重點集中且相對分布均勻的區(qū)域為原則進行野外驗證。

在遙感解譯的基礎(chǔ)上進行野外核查，核查點不少于遙感解譯圖斑總數(shù)的30%。核查點按解譯圖斑的屬性、地理信息進行均勻布設。

3 解譯建立

遙感解譯的過程是解譯—核查—再解譯的過程，遙感解譯初期，需建立相應的遙感解譯標志。遙感解譯標志包括形狀、大小、色調(diào)、陰影、紋理、圖案、位置、相關(guān)體和空間關(guān)系等。遙感解譯標志又分為直接解譯標志和間接解譯標志。直接解譯標志是根據(jù)各類地物的影像標志直接進行地物解譯；間接解譯標志是根據(jù)地理相關(guān)性或綜合的解譯標志解譯地物。

礦山環(huán)境解譯主要分為露天采場、地下采場、選礦廠、廢石渣堆、尾礦庫、排土場和煤矸石堆等主要類型。對于不同類型，根據(jù)感性認識或經(jīng)驗判讀，建立初步解譯標志，初步解譯并對初步解譯標志進行野外核查。

通過對室內(nèi)初步建立的遙感解譯標志（見表1）進行野外踏勘，發(fā)現(xiàn)部分解譯圖斑與實際類型不一致。例如，煤礦與選煤廠、排土場與廢石渣堆、選礦廠與廢石渣堆存在誤判的情況。煤礦與選煤廠、排土場與廢石渣堆、選礦廠與廢石渣堆的區(qū)別如下。

①煤礦與選煤廠的影像區(qū)別。煤礦范圍大，采煤設備寬，廠房、建筑樓房多，廠房顏色呈藍色，形狀更規(guī)則；選煤廠范圍相對較小，選煤機械細，堆積物更平滑。

②排土場與廢石渣堆的影像區(qū)別。排土場范圍大小不等，排土堆積，顏色比廢石渣堆明亮，堆積體頂部較平整，影像質(zhì)感平滑，多靠近采礦場；廢石渣堆顏色呈灰色，色調(diào)較暗，多沿溝谷、斜坡堆棄，部分位于采礦場邊緣，呈不規(guī)則塊狀或長條狀，影像質(zhì)感粗糙。

③選礦廠與廢石渣堆的影像區(qū)別。選礦廠多位于露天采場內(nèi)，個別選礦廠的選礦機械較少、較細，影像特征不明顯?？蓮倪x后的礦石呈細砂狀，影像質(zhì)感平滑，堆積物呈錐狀及位置特征區(qū)分廢石渣堆。

通過野外實地核查，對解譯標志有了更深刻的認識，根據(jù)修正后的指標，建立更為符合實際的解譯標志，從而開展下一步全面解譯。

4 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯成果分析

河南省礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯面積7 976.7km2，解譯類型涵蓋礦山環(huán)境開采現(xiàn)狀的各種類型（見圖1），主要有采礦場、選礦廠、排土場、廢石渣堆、煤矸石堆、尾礦庫和冶煉廠。

綜上所述，礦山環(huán)境現(xiàn)狀以采礦場為主，大量的山體開挖，造成了地形地貌景觀被破壞，煤炭的開采造成了地面塌陷、環(huán)境污染等問題。露天采場及煤礦工業(yè)廣場產(chǎn)生的次生固體廢棄堆放物帶來的環(huán)境問題也不容小覷，露天開采產(chǎn)生的排土場、廢石渣堆及尾礦庫占據(jù)總量的20.3%，面積占據(jù)總量的15.5%。大量的排土場、廢石渣堆和尾礦庫同樣會造成植被的破壞，影響生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。同時，部分固體廢棄物壓占土地，帶來礦山地質(zhì)災害隱患，威脅當?shù)厝罕娚a(chǎn)生活及生命財產(chǎn)安全。

參考文獻：

[1]李德仁，張良培，夏桂松.遙感大數(shù)據(jù)自動分析與數(shù)據(jù)挖掘[J].測繪學報，2014（12）：1211-1216.

[2]郝利娜.礦山環(huán)境效應遙感研究[D].北京：中國地質(zhì)大學，2013.