測(cè)繪遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用分析

冷長(zhǎng)才

（江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊(duì)，江西 南昌330001）

我國礦產(chǎn)資源豐富，廣闊土地下埋藏豐富礦藏，面對(duì)社會(huì)發(fā)展對(duì)資源需求的增加，怎樣開采礦藏已經(jīng)成為重要工作。特別是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)的發(fā)展，推動(dòng)了各領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，以地理信息系統(tǒng)和測(cè)繪遙感技術(shù)為主的測(cè)繪技術(shù)，在礦山勘察中占據(jù)重要作用，不僅可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、現(xiàn)代化礦山建設(shè)，還能自動(dòng)采集、管理及查詢空間數(shù)據(jù)，提高礦山開采效率。

1 礦山地質(zhì)勘查重要性

礦山地質(zhì)勘察作為礦山整體地質(zhì)重要工作，是為礦山編制采掘計(jì)劃、設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠房的依據(jù)，還能管理礦山生產(chǎn)儲(chǔ)量，實(shí)現(xiàn)損失與貧化管理，提高儲(chǔ)量級(jí)別及勘探程度，保障礦山資源生產(chǎn)安全，貫穿于礦山開發(fā)至結(jié)束整體過程，也是基礎(chǔ)性工作[1]。內(nèi)容如下：

（1）控制礦體開采、礦產(chǎn)分布及規(guī)模形態(tài)等，定期重新圈定礦體，提高儲(chǔ)存礦體級(jí)別，核實(shí)地址資源儲(chǔ)量[2]。

（2）掌握礦石、巖石等材料機(jī)械性能及結(jié)構(gòu)，明確各部位圍巖構(gòu)造，確保生產(chǎn)穩(wěn)定，明確地質(zhì)情況是后期施工的基礎(chǔ)條件，需掌握地質(zhì)條件及水文條件等。

（3）勘查礦區(qū)富集分布規(guī)律，正確分類礦石所述類型，檢測(cè)開采礦石物質(zhì)含量，歸納總結(jié)礦石有益及有害成分。

（4）礦床地質(zhì)探究，組織采礦與探礦對(duì)比，總結(jié)地質(zhì)勘探經(jīng)驗(yàn)，分析礦床形成原因及一般性規(guī)律，為后期成礦預(yù)測(cè)提供支持。

2 地質(zhì)勘查中測(cè)繪遙感技術(shù)應(yīng)用

測(cè)繪遙感技術(shù)能夠?qū)Φ孛婢拔镩_展識(shí)別、探測(cè)的綜合技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)能夠獲得高分辨率遙感影像，具有突出優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，覆蓋范圍廣、采集信息量大，不受人為、天氣環(huán)境等因素干擾，能提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性[3]。具體應(yīng)用如下。

2.1 明確應(yīng)用流程

在礦山地質(zhì)勘查中，測(cè)繪遙感技術(shù)應(yīng)用流程如下：①借助衛(wèi)星選取數(shù)據(jù)，對(duì)比礦山地形圖，檢測(cè)中還需增加生態(tài)指標(biāo)與人文字表，利用數(shù)據(jù)對(duì)比的方式，獲得信息精準(zhǔn)度；②測(cè)繪遙感中，鑒于部分設(shè)備機(jī)械無法直接識(shí)別、利用遙感裝置信息，數(shù)據(jù)獲取第一時(shí)間，應(yīng)當(dāng)修正、轉(zhuǎn)化信息，便于后期礦山人員使用[4]；③部分礦山地理信息由于具有動(dòng)態(tài)性、變化性特點(diǎn)，可根據(jù)時(shí)間順序獲取遙感裝置信息，結(jié)合不同階段數(shù)據(jù)內(nèi)容，預(yù)測(cè)礦山一段時(shí)間變化；④獲取信息后評(píng)價(jià)信息準(zhǔn)確度，測(cè)繪核心是精準(zhǔn)度，人員處理數(shù)據(jù)中，始終應(yīng)維持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)核實(shí)、檢測(cè)，方能確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)客觀。

2.2 確定勘查范圍

我國礦產(chǎn)資源需求量較大，淺層與地表礦產(chǎn)基本完成開采，其與礦產(chǎn)具有隱蔽性特點(diǎn)，增加了開采難度，可利用遙感技術(shù)確定勘查范圍。根據(jù)勘查實(shí)際地質(zhì)影像資料，能夠發(fā)現(xiàn)色調(diào)不同的特殊影像體，是由于圍巖蝕變等原因造成，還有部分礦物提和巖石在圖像上呈現(xiàn)迥異色彩，主要是由于礦物質(zhì)和圍巖蝕變結(jié)構(gòu)差異較大。因此，人員可利用TM、MSS等多光譜數(shù)據(jù)技術(shù)提取蝕變信息，作為新興技術(shù)能夠遙感攝影不同電磁波譜段，收集不同譜段植被信息，擴(kuò)大遙感信息量，多用于控礦斷裂帶。地質(zhì)勘查中，還可使用ASTER影像數(shù)據(jù)，波段廣譜范圍較窄，提高了空間范圍分辨率，提取數(shù)據(jù)源能夠反映某物體某方面特征，融合多種數(shù)據(jù)源進(jìn)而匯總準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)識(shí)別信息能力。

2.3 提取地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)勘測(cè)中，內(nèi)生礦由于常處于地質(zhì)構(gòu)造變異部分或邊緣部分，重要礦產(chǎn)多分布于不同板塊結(jié)構(gòu)邊界地帶，成礦帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)與規(guī)模存在差異。人員使用遙感技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)從區(qū)域地質(zhì)線狀影響內(nèi)提取信息，包含節(jié)理、斷裂等類型，分析火山機(jī)構(gòu)、火山盆地、中酸性巖體等有關(guān)影像的構(gòu)造（見圖1），從有關(guān)控礦斷裂交切構(gòu)成的感框色異常與塊狀影像內(nèi)提取色塊、色環(huán)、色帶等信息，斷裂為控礦構(gòu)造時(shí)，能夠利用遙感技術(shù)對(duì)斷裂構(gòu)造重點(diǎn)提取信息。遙感系統(tǒng)成像中，可能出現(xiàn)“模糊作用”，導(dǎo)致人員感興趣的紋理、線性形跡等信息不清晰，難以有效識(shí)別，可通過人機(jī)交互、目視解譯的方式，處理遙感影像，如方向?yàn)V波、灰度拉伸、卷積運(yùn)算、邊緣增強(qiáng)、比值分析等，將構(gòu)造信息突顯出來[5]。此外，遙感還可根據(jù)植被分布、水系分布、地表巖性、地錨構(gòu)造等特征提取構(gòu)造隱伏信息，如斷裂、褶皺等，利用邊緣增強(qiáng)提取線性信息。

圖1 遙感地質(zhì)

2.4 分析植被波普

礦山地質(zhì)勘測(cè)中，由于地下水與微生物的參與，金屬元素將會(huì)引發(fā)底層結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而改變土壤成分，地表植物聚集、吸收金屬作用不同，會(huì)影響植物含水量、葉綠素變化，植被反射光譜特征產(chǎn)生不同波譜[6]。礦區(qū)生物學(xué)特征為遙感勘測(cè)提供可能，可提取遙感資料內(nèi)生物學(xué)化學(xué)特征，人員使用測(cè)繪遙感技術(shù)，分析遙感資料內(nèi)植被廣譜異常信息，為人員工作提供指導(dǎo)，尋找礦區(qū)（見圖2）。并且，不同植被器官含金屬量差異，需采集礦區(qū)植被光譜特征進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)能夠吸收金屬的植被，以此作為找礦特征，其他植被為輔助植被，采取監(jiān)督分類、穗帽變換的分析方法對(duì)特殊光譜增強(qiáng)處理。遙感圖像中，植物反射光譜信息異常將會(huì)使其在圖像內(nèi)呈現(xiàn)異常色調(diào)，處理圖像后，人員提取、分離微弱異常，圖像上可利用直觀色調(diào)展現(xiàn)出來，能夠以此推測(cè)地理情況。

圖2 植被分析

3 地質(zhì)勘查中地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）為空間信息系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)軟硬件，能夠?qū)Φ厍虮砻婵臻g分布數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化處理，包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、采集、運(yùn)算、管理分析等。GIS技術(shù)為多維結(jié)構(gòu)，能夠在定位二維空間基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山地質(zhì)，展示多維特征屬性，如三維地理信息系統(tǒng)屬性等[7]。并且，GIS能夠分析地理空間分布的關(guān)聯(lián)性及規(guī)律，用于礦山地質(zhì)勘察中，可獲得礦山勘察數(shù)據(jù)，為后續(xù)開采礦石提供支持。具體應(yīng)用如下。

3.1 建立空間數(shù)據(jù)庫

礦山地質(zhì)勘查中，為保證礦山信息資料準(zhǔn)確，應(yīng)用GIS技術(shù)能夠整合、規(guī)劃有關(guān)信息，包含礦產(chǎn)資源空間位置、可視化分布等，利用GIS標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化空間信息處理后，能夠建立地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)資源勘查提供依據(jù)（見圖3）。建立空間數(shù)據(jù)庫后，即可開展圖形、屬性信息檢索活動(dòng)，根據(jù)屬性組合條件，完成檢索與查詢，包含地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、巖性、地層等內(nèi)容，體現(xiàn)地質(zhì)本質(zhì)特征，還能利用地質(zhì)圖形的巖體、地層、斷層、礦床、河流、鉆孔等檢索其屬性[8]。并且，建立空間數(shù)據(jù)庫能夠存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)，根據(jù)勘查進(jìn)行查詢與檢索，提高評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)勘查工作效率。

圖3 建立空間數(shù)據(jù)庫

3.2 明確工作流程

在地理信息系統(tǒng)發(fā)展下，廣泛用于政策決策與分析、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等有關(guān)空間信息的部門及行業(yè)。工作流程如下：①采集數(shù)據(jù)。利用GPS定位系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)信息，先讀取GPS數(shù)據(jù)后，對(duì)讀取內(nèi)容加以處理分析，以完成整體采集數(shù)據(jù)工作；②處理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)是采取不同算法，對(duì)采集多種數(shù)據(jù)信息完成編輯運(yùn)算，需剔除冗余數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)完整，形成多種數(shù)據(jù)形式。常見空間數(shù)據(jù)處理方式有地圖投影變換、圖形數(shù)據(jù)編輯、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、圖幅拼接等[9]；③管理數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)核心功能是空間數(shù)據(jù)管理，利用空間數(shù)據(jù)庫，按照流程：數(shù)據(jù)庫-內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-格柵數(shù)據(jù)編碼-編碼方法-矢量數(shù)據(jù)編碼-格柵結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比較-空間索引機(jī)制-查詢空間信息-查詢屬性信息-擴(kuò)展空間，完成數(shù)據(jù)管理；④顯示數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)通過多步驟采集、處理信息后，即可顯示數(shù)據(jù)結(jié)果，便于人員讀取與利用。

3.3 建立信息要素提取模型

地質(zhì)勘察地區(qū)信息要素中，利用GIS空間分析功能，將地學(xué)數(shù)據(jù)信息以屬性、涂層的方式表現(xiàn)出來，挖掘地學(xué)數(shù)據(jù)潛在成礦信息，獲得礦產(chǎn)資源規(guī)模和位置信息。建立礦產(chǎn)勘察模型，立足于GIS技術(shù)，結(jié)合勘察礦產(chǎn)資源目標(biāo)，將概念化礦產(chǎn)資源模型轉(zhuǎn)化為可操作、具象化要素，包含綜合標(biāo)志找礦模型、礦床成礦模型、社會(huì)經(jīng)濟(jì)模型、地質(zhì)環(huán)境模型等，能夠?qū)⒏鞣N要素表達(dá)出來，標(biāo)志好地址北京、成礦產(chǎn)物、要素等。

3.4 預(yù)測(cè)勘查潛力

礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)勘查千粒重，主要是利用地質(zhì)理論技術(shù)和方法，根據(jù)礦產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，確定預(yù)測(cè)區(qū)域，將勘查范圍縮小，增加找礦幾率。該環(huán)節(jié)中，利用GIS對(duì)地質(zhì)、礦帶、地球化學(xué)圖、地球物理圖進(jìn)行分析，通過綜合圖評(píng)價(jià)潛力（見圖4）。

圖4 預(yù)測(cè)流程

4 測(cè)繪遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)融合應(yīng)用

礦山地質(zhì)勘查中，測(cè)繪遙感技術(shù)與GIS具備獨(dú)特功能及作用，且兩者關(guān)系密切，測(cè)繪遙感技術(shù)可為GIS提供數(shù)據(jù)來源，GIS能夠發(fā)揮測(cè)繪遙感技術(shù)使用效率。所以，在地質(zhì)勘查中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩者融合應(yīng)用，具體如下：

（1）定量分析融合。地質(zhì)勘查中，利用測(cè)繪遙感技術(shù)獲得地質(zhì)信息，包含地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦化蝕變、地層巖性等，提取信息后，通過遙感影像處理，生成影像圖像，進(jìn)而借助生成溫度圖像定量分析地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)果[10]。例如，事變礦物特征廣譜區(qū)西岸多處于光譜數(shù)據(jù)波段位置，可識(shí)別事變礦物，對(duì)其種屬加以分類。并且，為增強(qiáng)定量分析準(zhǔn)確性，需配合GIS構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，以此完成模型分析，保證地址信息可靠、精準(zhǔn)。

（2）信息處理融合。地質(zhì)勘查中，測(cè)繪遙感技術(shù)中的衛(wèi)星遙感影像具有較高利用價(jià)值，可通過遙感影像收集、匯總礦山地理信息，并加以存儲(chǔ)處理，立足于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，轉(zhuǎn)化地理信息為形象、直觀的影像圖，為地質(zhì)分析提供支持。并且，衛(wèi)星遙感影像需借助星載傳感裝置，提高采集信息效率，借助數(shù)字解析方式解析信息，融合GIS處理數(shù)據(jù)信息，能夠短時(shí)間內(nèi)獲得地質(zhì)信息。而在科技發(fā)展下，更多高光譜、多光譜、微波等功能各異傳感器研發(fā)出來，能夠從不同光譜范圍、時(shí)間周期、空間尺度將地物目標(biāo)特性展現(xiàn)出來，構(gòu)成地區(qū)多源數(shù)據(jù)，相比單源數(shù)據(jù)具有冗余性、互補(bǔ)性特點(diǎn)。單源數(shù)據(jù)僅能反映某方面特征，需從多源數(shù)據(jù)內(nèi)提取更為豐富的信息，利用信息處理融合方式，去除無用信息，降低處理數(shù)據(jù)量，還能集中有用信息，實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

（3）融合其他技術(shù)。地質(zhì)勘查中，融合測(cè)繪遙感技術(shù)和GIS基礎(chǔ)上，還需融合其他技術(shù)，如高光譜數(shù)據(jù)與微波遙感技術(shù)，集精密光學(xué)機(jī)械、探測(cè)器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微弱信號(hào)檢測(cè)、信息處理于一體，使用成像光譜儀顯示圖像，光譜分辨率達(dá)到納米級(jí)，成像同時(shí)還能記錄光譜通道數(shù)據(jù)，每個(gè)像元上就能提取連續(xù)光譜曲線，同步獲取第五空間信息、光譜信息及輻射信息，發(fā)展前景廣闊。并且，成像光譜儀能夠獲取多波段數(shù)據(jù)，波段相關(guān)度高、分辨率強(qiáng)、數(shù)據(jù)冗余大，擁有豐富的光譜信息層次，波段不同信息變化量也有所差異，以此建立巖石光譜模型，可將礦物封堵反映出來，借助高光譜分辨率、窄波段特點(diǎn)，結(jié)合豐富紋理信息與專題圖件，能夠加強(qiáng)處理數(shù)據(jù)能力。而微波遙感城鄉(xiāng)與光學(xué)遙感不同，是使用紅外光束投射至物體表面，以天線為接收端，獲取微弱波段生成電壓信號(hào)，判斷物理結(jié)構(gòu)特征，具有波段范圍大、穿透性強(qiáng)、全天候特點(diǎn)，可用于提取覆蓋地區(qū)信息。此外，還可融合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析辨識(shí)、圖像查看及數(shù)據(jù)融合處理，使用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)細(xì)化圖像，便于人員直觀了解地質(zhì)勘查信息，提高工作效率。

5 總結(jié)

綜上所述，地質(zhì)勘查中，測(cè)繪遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義，能夠促進(jìn)地質(zhì)勘察向智慧化、數(shù)字化及現(xiàn)代化方向發(fā)展。因此，地質(zhì)勘察應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，利用遙感測(cè)繪技術(shù)提供地形地貌、構(gòu)造底層等信息，以地理信息系統(tǒng)規(guī)范不同類型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)的有效管理。