遙感解譯在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用

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(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)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(dòng)態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xué)管理、礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理規(guī)劃的制定、礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)治理工程的實(shí)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(hào)：TD167；X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響和破壞嚴(yán)重區(qū)的面積達(dá)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(dòng)，造成大量的植被破壞、揚(yáng)塵揚(yáng)沙，廢石渣堆及大量土地資源被占用，對(duì)當(dāng)?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(dòng)，而且威脅著礦區(qū)周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的社會(huì)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(diǎn)高、視域廣、數(shù)據(jù)采集快和重復(fù)、連續(xù)觀察的特點(diǎn)。開展礦山地質(zhì)環(huán)境遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測，建立礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的有效監(jiān)控和管理，及時(shí)了解和掌握礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，為礦山地質(zhì)環(huán)境的執(zhí)法監(jiān)督和科學(xué)管理、制定礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理規(guī)劃、實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)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(fù)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(jī)交互解譯相結(jié)合、室內(nèi)綜合研究與實(shí)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)處理、圖像增強(qiáng)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(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，加強(qiáng)室內(nèi)綜合分析，圈定礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀、地質(zhì)災(zāi)害等礦山信息的范圍，達(dá)到礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯的預(yù)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(biāo)系，地圖投影采用高斯-克呂格投影，3度分帶，帶號(hào)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(biāo)系。

野外踏勘的原則：選取具有代表性的露天礦山開采點(diǎn)、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(duì)象，并結(jié)合衛(wèi)星影像、電子地圖、紙質(zhì)地圖冊(cè)和收集的水域、道路、居民點(diǎn)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(biāo)志。

2.3 遙感解譯

2.3.1 解譯方法。遙感解譯工作貫穿整個(gè)工作過程。分為初步解譯、野外驗(yàn)證和綜合整理三個(gè)階段。解譯工作程序?yàn)閺囊阎轿粗?、從區(qū)域到局部、從總體到個(gè)別、從定性到定量，按先易后難、循序漸進(jìn)、不斷反饋和逐步深化的方法進(jìn)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(duì)應(yīng)關(guān)系建立起各自的直接解譯標(biāo)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(duì)比法。對(duì)解譯較困難的地物，各種常規(guī)資料較少的地區(qū)，則擴(kuò)大視野，設(shè)法將已知地區(qū)的影像與將要解譯的未知區(qū)影像進(jìn)行對(duì)比解譯，從已知到未知，從一般到特殊。如進(jìn)行崩塌流等地質(zhì)災(zāi)害解譯時(shí)，先從已知點(diǎn)入手，建立解譯標(biāo)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(xì)微特征匯總起來，進(jìn)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(dòng)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(duì)于解譯難度大或模糊不清的圖像，通過局部反差增強(qiáng)、對(duì)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(zāi)害解譯等。通過建立解譯標(biāo)志，采用人機(jī)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(zāi)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(xì)解譯和綜合解譯三個(gè)步驟。

①初步解譯。在資料收集、整理、分析的過程中，結(jié)合對(duì)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(biāo)志，并對(duì)影像進(jìn)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(shí)提供依據(jù)。

②詳細(xì)解譯。在野外踏勘的基礎(chǔ)上，修正并系統(tǒng)建立解譯標(biāo)志，對(duì)影像進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的解譯，確定各個(gè)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(xì)解譯成果是開展野外核查驗(yàn)證的重要資料依據(jù)。

③綜合解譯。綜合解譯應(yīng)在野外核查驗(yàn)證工作基本完成后進(jìn)行。任務(wù)是在結(jié)合野外核查驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)詳細(xì)解譯成果進(jìn)行綜合對(duì)比分析，進(jìn)一步完善解譯標(biāo)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(yàn)解譯成果的可靠性和準(zhǔn)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(duì)主要礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山地質(zhì)災(zāi)害和有疑問的解譯圖斑進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查，調(diào)查路線本著解譯圖斑重點(diǎn)集中且相對(duì)分布均勻的區(qū)域?yàn)樵瓌t進(jìn)行野外驗(yàn)證。

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

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(yīng)的遙感解譯標(biāo)志。遙感解譯標(biāo)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(biāo)志又分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。直接解譯標(biāo)志是根據(jù)各類地物的影像標(biāo)志直接進(jìn)行地物解譯；間接解譯標(biāo)志是根據(jù)地理相關(guān)性或綜合的解譯標(biāo)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(duì)于不同類型，根據(jù)感性認(rèn)識(shí)或經(jīng)驗(yàn)判讀，建立初步解譯標(biāo)志，初步解譯并對(duì)初步解譯標(biāo)志進(jìn)行野外核查。

通過對(duì)室內(nèi)初步建立的遙感解譯標(biāo)志（見表1）進(jìn)行野外踏勘，發(fā)現(xiàn)部分解譯圖斑與實(shí)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(shè)備寬，廠房、建筑樓房多，廠房顏色呈藍(lán)色，形狀更規(guī)則；選煤廠范圍相對(duì)較小，選煤機(jī)械細(xì)，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(gè)別選礦廠的選礦機(jī)械較少、較細(xì)，影像特征不明顯?？蓮倪x后的礦石呈細(xì)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(shí)地核查，對(duì)解譯標(biāo)志有了更深刻的認(rèn)識(shí)，根據(jù)修正后的指標(biāo)，建立更為符合實(shí)際的解譯標(biāo)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(huì)造成植被的破壞，影響生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。同時(shí)，部分固體廢棄物壓占土地，帶來礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患，威脅當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活及生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

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

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