基于遙感技術(shù)的雞西礦區(qū)采煤塌陷調(diào)查

蘆少春, 王連元, 張守忠, 王蘭霞

(1.黑龍江科技學(xué)院 發(fā)展規(guī)劃處;2.黑龍江科技學(xué)院 建筑工程學(xué)院,哈爾濱 150027)

基于遙感技術(shù)的雞西礦區(qū)采煤塌陷調(diào)查

蘆少春1, 王連元2, 張守忠2, 王蘭霞2

(1.黑龍江科技學(xué)院 發(fā)展規(guī)劃處;2.黑龍江科技學(xué)院 建筑工程學(xué)院,哈爾濱 150027)

為有效評(píng)價(jià)雞西礦區(qū)地面塌陷情況,采用 SPOT-5衛(wèi)星遙感圖像作為基礎(chǔ)資料,利用ERDAS IMAG INE軟件進(jìn)行圖像校正、圖像融合增強(qiáng)處理,通過(guò)目視判讀的方法快速準(zhǔn)確地提取雞西礦區(qū)地面塌陷的分布信息,為礦區(qū)環(huán)境綜合治理提供可靠的依據(jù)。研究結(jié)果表明,遙感技術(shù)對(duì)于采礦塌陷地的調(diào)查是一種快速高效的手段。

遙感;采煤塌陷;數(shù)字處理

Abstract:Directed at evaluating the ground collapse in Jiximineral area,thispaperproposes the use of the SPOT-5 remote sensing image as the foundation data,and the software ERDAS IMAG INE,for im age correction,image fusion and image enhancement and the quick and accurate extraction of the distribution information of coalmining collapse of Jixi mineral areas by visual interpretation.The practices provide the reliable basis for environment comprehensive management of the mineral areas.The result shows that the investigation of coalmining collapse area with remote sensing technology is a quick and efficientmethod.

Key words:remote sense;coalmining collapse;digital processing

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,對(duì)能源的需求量不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致煤炭產(chǎn)量快速增長(zhǎng),從 2000年的 12.5億 t增加到 2009年的 30.5億 t。煤炭的大量開采,使礦區(qū)的采煤塌陷日趨嚴(yán)重,塌陷面積越來(lái)越大。采煤塌陷嚴(yán)重危害了礦區(qū)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全,破壞了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境,給社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失,塌陷區(qū)綜合治理勢(shì)在必行。及時(shí)準(zhǔn)確地掌握采煤塌陷狀況是綜合治理的前提。與傳統(tǒng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、低效的人工調(diào)查相比,遙感技術(shù)具有宏觀、高效、實(shí)時(shí)、成本低等特點(diǎn)[1]。數(shù)字圖像處理技術(shù)和綜合分析能力的提高,使遙感技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,已經(jīng)成為許多領(lǐng)域重要的監(jiān)測(cè)手段。筆者將遙感技術(shù)應(yīng)用于雞西礦區(qū)采煤塌陷區(qū)調(diào)查中,以期快速獲得塌陷區(qū)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省東南部的雞西礦區(qū),E130°24′24″～133°56′30″,N44°51′12″～46°36′55″,行政區(qū)面積 5 665 km2。地勢(shì)西南高東北低。

研究區(qū)地層元古界由黑龍江群和麻山群的變質(zhì)巖組成;中生界的含煤巖系不整合于元古界變質(zhì)巖系之上。中生界發(fā)育陸相含煤巖系,含煤地層為侏羅系上統(tǒng)雞西群的穆棱組、城子河組。城子河組厚470～550 m,含 11層煤,是該區(qū)主要可采煤層,穆棱河組次之。新生界發(fā)育厚層的陸相沉積,有多次巖漿侵入,使區(qū)域煤的變質(zhì)程度升高。雞西礦區(qū)受新華夏系構(gòu)造控制,總體構(gòu)造是一復(fù)向斜。

雞西礦區(qū)有一百多年的開采歷史,煤礦數(shù)量多。目前正在開采的大型煤礦 12個(gè),散布于整個(gè)行政區(qū)域。文中以采煤塌陷比較嚴(yán)重的恒山礦、滴道礦和城子河礦為對(duì)象進(jìn)行研究。

2 研究方法

通過(guò)對(duì)研究區(qū)遙感影像處理、判讀,初步圈定塌陷區(qū)面積;再對(duì)研究區(qū)相關(guān)單位和居民深入走訪和調(diào)研,結(jié)合野外踏勘,詳細(xì)了解研究區(qū)采煤塌陷的具體情況;最終詳細(xì)判定遙感影像并圈定塌陷區(qū)面積。

2.1 資料選取

遙感資料選取法國(guó) SPOT-5衛(wèi)星 2004年 9月末的影像,圖像分辨率為 2.5 m全色波段和分辨率為10 m多光譜影像數(shù)據(jù)。同時(shí)收集研究區(qū) 1∶50 000(1986版)的地形圖,利用 ERDAS IMAG INE軟件進(jìn)行圖像處理。

2.2 圖像處理

幾何校正選取區(qū)域內(nèi)特征明顯、穩(wěn)定的標(biāo)志點(diǎn)作為地面控制點(diǎn)。根據(jù)研究區(qū)地形圖上的地面控制點(diǎn) (GCP),在 SPOT-5影像上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn),對(duì)圖像進(jìn)行幾何精校正。為了減少圖像誤差,使其不超過(guò)10%。幾何校正的誤差控制在 0.4像元以內(nèi)[2]。

為了獲得較高清晰度的圖像,更好地反映地物類型細(xì)節(jié)和地物邊界,將分辨率為 2.5 m全色波段和分辨率為 10 m多光譜 (1、2、3、4波段)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)合,提高了圖像的質(zhì)量。

由于部分塌陷區(qū)積水形成了水塘,研究中專門對(duì)水體信息進(jìn)行了提取,以便與植被、建筑物、水體和露天堆放的煤炭等地物相區(qū)別。3波段是近紅外波段,水體在該波段呈黑或暗黑色調(diào),反射小;4波段是短波紅外,對(duì)探測(cè)植物含水量及土壤的濕度效果好[3]。采用將 3、4波段相加,設(shè)定一個(gè)閾值的方法,即可將水體與其它地物區(qū)分開[4]。

2.3 采煤塌陷區(qū)判別

2.3.1 判別標(biāo)志

根據(jù)遙感圖像上的顏色、色調(diào)、形狀、大小、紋理等標(biāo)志對(duì)各種地物進(jìn)行解譯,從中找出采煤塌陷的特征。該區(qū)域的地物標(biāo)志特征見(jiàn)表 1。

表 1 地物標(biāo)志對(duì)照Table 1 Compared indicator of surface feature

2.3.2 識(shí)別特征

采煤塌陷區(qū)在影像上表現(xiàn)為獨(dú)立的環(huán)形、橢圓形斑點(diǎn)和斑塊狀,或獨(dú)立或成群分布,色調(diào)明暗不同[4]。沉降區(qū)邊緣形成不規(guī)則封閉、半封閉的環(huán)形帶或條帶影像,有時(shí)呈斷續(xù)的帶狀。小幅地面沉降造成土壤結(jié)構(gòu)和水分含量的變化,顯現(xiàn)出塌陷輪廓。一些地面沉陷區(qū)雖已填平,但其淺色環(huán)狀輪廓仍隱約可見(jiàn),且排列極不協(xié)調(diào)。

采煤塌陷除直接解譯標(biāo)準(zhǔn)外,遙感圖像上還有一些其他特征。如在塌陷區(qū)內(nèi),人工建筑物、構(gòu)筑物遭到破壞,居民點(diǎn)拆遷;塌陷區(qū)的棄置地較多,土地利用率偏低;地面沉陷使地下水位下降,土地性質(zhì)發(fā)生改變 (水田變成旱田);塌陷區(qū)的地表水體形狀不規(guī)則;復(fù)墾的塌陷區(qū),由于回填土的養(yǎng)分比原耕地差,區(qū)內(nèi)植物稀少,色調(diào)為灰～淺灰色等,均可作為采煤塌陷解譯的間接標(biāo)志[5]。

3 研究成果

根據(jù)地物標(biāo)志和識(shí)別特征對(duì)圖像進(jìn)行解譯,獲得恒山區(qū)、城子河區(qū)和滴道區(qū)塌陷分布圖 (圖 1)。圖 1中黑色區(qū)塌陷深,區(qū)域大,是塌陷嚴(yán)重的區(qū)域,部分區(qū)域因降水或積水,形成了水塘或積水區(qū);灰色區(qū)塌陷較淺,面積小,是塌陷中等區(qū)域;淺灰色區(qū)塌陷淺、面積小,是塌陷較輕的地區(qū)。

圖 1 雞西礦區(qū)塌陷分布Fig.1 Subsidence distribution of Jixim ineral district

從塌陷區(qū)的分布看,恒山區(qū)的塌陷主要分布在解譯圖的中部和右下角,中上部的三個(gè)水塘是采煤塌陷的積水區(qū),該區(qū)域開采時(shí)間長(zhǎng),塌陷區(qū)目前已經(jīng)穩(wěn)定;城子河區(qū)的塌陷主要分布在解譯圖的左下角,中下部和右上角區(qū)域;滴道區(qū)的塌陷分布在解譯圖的大部分地區(qū),塌陷嚴(yán)重區(qū)在解譯圖中間偏左的部位和右上角。

將解譯圖上三個(gè)礦區(qū)的各類地物進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并從中提取采煤形成的塌陷,得出恒山區(qū)、城子河區(qū)和滴道區(qū)的塌陷面積,結(jié)果見(jiàn)表 2。經(jīng)實(shí)地踏勘驗(yàn)證,遙感解譯獲得的塌陷區(qū)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度達(dá)到 95%。

表 2 雞西礦區(qū)塌陷面積統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical area of subsidence district in Jixim ineral district m2

4 結(jié)束語(yǔ)

研究表明,采用遙感技術(shù)對(duì)采煤塌陷進(jìn)行調(diào)查,能夠有效地解決傳統(tǒng)人工調(diào)查費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和低效的缺點(diǎn),開展煤礦塌陷的調(diào)查是切實(shí)可行的、高效的,可以準(zhǔn)確地圈定礦區(qū)的采煤塌陷范圍。在運(yùn)用遙感手段調(diào)查煤礦的采煤塌陷時(shí),要全面收集當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)的資料,并與野外踏勘、實(shí)地調(diào)研相結(jié)合,才能取得滿意的效果。同時(shí)運(yùn)用多時(shí)相遙感影像資料和多源信息研究礦區(qū)塌陷,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和掌握地面塌陷規(guī)律,進(jìn)而為采煤塌陷的預(yù)防和綜合治理提供可靠的依據(jù)。

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(編輯 王 冬)

I nvestigation of coalm in ing collapse area based on remote sensing technology in Jixim ineral district

LU Shaochun1, WANG L ianyuan2, ZHANG Shouzhong2, WANG Lanxia2
(1.Department ofDevelopment&Planning,Heilongjiang Institute of Science&Technology;2.College of Architecture&Civil Engineering,Heilongjiang Institute of Science&Technology,Harbin 150027,China)

P642.26;TP79

A

1671-0118(2010)05-0343-03

2010-09-05

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(10551268)

蘆少春 (1965-),男,黑龍江省牡丹江人,副教授,碩士,研究方向:遙感應(yīng)用,E-mail:lsc130@163.com。