有關礦山地質環境遙感監測方法探索

賈靜波孫艷榮

1.遼寧省有色地質局一○四隊；2.遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院

有關礦山地質環境遙感監測方法探索

賈靜波1孫艷榮2

1.遼寧省有色地質局一○四隊；2.遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院

科技的發展促進了技術領域的革新，遙感監測作為一項前沿科技隨著技術應用的成熟，在地質環境監測領域應用越來越普遍。本文以筆者近年來從事有關礦山地質環境遙感監測方面的經驗累積為基礎，針對應用于我國當前礦山地質環境遙感監測的關鍵技術以及主要監測方法進行了總結性的研究與闡述，對于從事相關工作的人員有一定參考意義。

以往對于可能發生地質災害的礦山環境所進行的監測，主要依靠監測人員的實地調查或者當地群眾的報告等人工方式，難以做到實時化、可視化監測，對于地質災害的發生很難發揮有效作用，給當地百姓生命財產安全造成了極大的威脅。伴隨著科學技術的發展而興起的以全球定位衛星及地理信息系統為技術支撐的可視化、實時化監測方法，極大改善了監測工作的可靠性。因此，將遙感技術推廣應用，促進其技術方法更加成熟，對于這一技術更好的為人類造福有極大意義。

礦山地質環境遙感監測關鍵技術

圖像處理關鍵技術

在礦山環境監測中，實施監測的兩個時相的遙感影像需具備一致的空間分辨率、成像時間及成像季節，且具備相同的植被覆蓋狀況及光譜值。但因遙感影像成像環境差異，遙感影像間常存在較多的輻射誤差與幾何誤差，所以在遙感影像變化監測中要對成像環境進行修正，降低成像環境的誤差量。

（1）輻射校正：其基本目的是盡量消減影像因太陽高度角、大氣條件及傳感器影像的形成的遙感成像與真實地物間的輻射亮度差異，通常分為相對輻射校正與絕對輻射校正兩種方法；相對輻射校正是依據選定的參考圖像，將其與同地區內的其他遙感影像進行輻射匹配，以消減影像間的輻射差異，其常用的矯正方法由基于偽不變特征的校正、基于統計量的校正及直方圖匹配等。

（2）影像融合：其基本目的是將采用不同尺度、不同傳感器類型獲取的同地區的影像通過相應處理措施以改善影像的光譜信息、空間分辨率和紋理信息等特征；當前常用的融合方法有多時相影像融合、不同分辨率影像融合、不同傳感器影像融合、多波段影像數據融合等類型；HIS變換法是當前影像融合算法的常用算法，此種算法簡單且方便操作，可有效增強影像色彩信息與空間信息特征，但對于植被顏色信息特征處理水平較低，主要是因為植被吸收可見光，且反射紅外光，而全色波段內包含的一些近紅外波段信息會在全色波段高亮顯示，較小的顏色噪聲便會被放大。

信息提取關鍵技術

（1）基于地理信息系統的礦山地物識別技術：此技術主要是以面向對象遙感處理技術為前提，通過對遙感影像進行圖像分割以形成圖像對象，進而深入提取分類輔助信息，并采用空間分析方法完成空間目標物識別，從而實現礦山地質環境遙感監測；圖像分割中需考慮空間信息與影像光譜信息兩方面的因素。

（2）影像直接對比法采集變化信息：常用的有內積分析法、影像差值法、變化向量分析法、影像比值法等檢測方法；影像差值法的基本原理是對時相t1的遙感影像與時相t2的遙感影像做減法，若影像間差異較小，則相減結果應趨近于零或為零，若影像間差異較大，則結果應表現為較大值；一般差值影像亮度值按照高斯分布，計算時可對差值影像結果求絕對值以保證差值結果均為非負值。

礦山地質環境遙感監測方法

崩塌遙感監測方法

崩塌通常是露天采石采礦、道路開挖等造成的，大多數會產生在節理裂隙發育的陡崖位置，破損面凹凸差異大，上陡下緩。遙感影像上崩塌體后緣發育呈現弧形或直線形，陽坡呈現淺色條區塊、陰坡呈現深色陰影區帶。為便于凸顯崩塌發育狀況，對ETM、TM圖像使用741與453波段進行組合和線性增強處理，從而提高山體完整度、植被覆蓋率、巖性特征反映的清晰度；對于SPOT213波段組合圖像通過直方圖調整與HSV融合增強處理，可提高地形地貌顯示的清晰度；對于SPOT5圖像校正時應增加控制點數量，并使用幾何多項式實施三次卷積重采樣法變換，可保證圖像精確度；對部分航片數據實施對比度拉伸，可有效凸顯山體細節。依據不同片種的遙感分析表明，ETM與TM圖像對于崩塌宏觀地質條件的顯示水平較高，而對于崩塌產生的形態特征顯示水平較低。通常崩塌形態要素在航片、SPOT5圖像中具有較高的精度，其崩塌壁大多數呈現淺色調，輪廓線清。

圖1　崩塌地質遙感監測

圖2　某采空區遙感監測圖

采空塌陷遙感監測方法

在不同地區不同礦種中，采空塌陷對于地表的破壞程度也會不同，在遙感圖像中會表現出明顯的差異性。在TM圖像中塌陷會呈現出單獨的橢圓形或環形斑點與板塊，不同斑塊間的明暗程度也不相同；因塌陷坑是具有不同深度的負地形，在陰影條件下其可呈現出明顯的立體效果。塌陷坑的陰影通常會產生在環形斑塊內側的下半部，而土堆陰影通常會產生在環形斑塊內側的上半部，與正地形立體效果正好相反，其是判斷塌陷坑的基本指標。因B4水體反映效果好，B5信息量較多，在不同地質類型的反差較大，B1具有較高的水體亮度值，所以使用TM451段可有效呈現塌陷區的變化狀況。因礦區大氣污染相對嚴重，可對圖像實行濾波或對比度拉伸處理，以改善其細節顯示水平。由于采空塌陷區與周圍地質環境間的差異較大，可使用闕值法實施塌陷地信息采集，并采用3波段差值彩色合成法對采集結果進行處理，由此便能充分反映塌陷區接近10年的動態地形變化。若塌陷區被掩埋，則其塌陷類型在圖像上的識別水平主要由遙感信息空間分辨率決定；使用全色波段與SPOT213波段組合對融合圖像進行處理，且開展2%的線性增強，根據色調及紋理特征狀況可有效采集塌陷區的細節信息；對于部分塌陷坑范圍較小且不存在積水的礦山，可使用IKONOS、Quickbird等高分辨率遙感圖像實時監。

礦山污染遙感監測方法

通常礦區因采礦導致的廢水、大氣、廢液、粉塵污染等造成的水體污染較為嚴重。采用ETM、TM圖像對煤礦開采點進行監測，可發現圖像中的DN值差異較大，因此在監控中應使用SPOT5波段與743波段進行組合，通過小波變換融合發實行中值濾波處理及直方圖變換。如對于某煤礦原始TM圖像分析發現，其灰度分布范圍較小、亮度值較低，對比度較弱，實施線性拉伸處理，對不同波段灰度分布范圍進行擴展，可使合成圖像效果顯示水平大幅度改善；對一些重點區域進行分段線性拉伸，其并不會造成原始數據變動，且容易對大氣污染狀況進行解釋。因煤礦山周圍、運煤通道及煤礦區等長時間堆放大量煤渣粉等物質，使得礦區粉塵污染較為嚴重，其在TM543波段假彩色合成圖像中可呈現出明顯的亮白色或暗褐紅色；而礦坑中排出的污水在影像中可呈現明顯的粉紅色。ETM與TM光譜信息量較大，可有效監測礦區大氣污染狀況；而采用SPOT5光譜圖像可明顯反映礦山水體、粉塵污染狀況。

結語

遙感監測技術的應用水平將直接關系著礦山地質環境的整體監測效果與質量，因此，相關技術與研究人員應加強有關礦山地質環境遙感監測方法的研究，總結遙感監測關鍵技術及不同礦區地質類型遙感監測措施，以逐步改善礦山遙感監測技術的應用質量。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.020