遙感技術在尾礦庫泄露事故中的應用淺析

李佳慧　孫繼宸　李抒

摘 要：近年來，尾礦壩的滲漏、垮塌、滑坡、潰壩等突發事故造成嚴重的環境污染。遙感技術已成為突發環境事故應急處置中必要的手段之一。在尾礦庫泄露事故發生初期，遙感技術可以快速提供地形地貌、地質構造和地物判別的信息。本文提出運用多源遙感技術提取尾礦庫重金屬泄露區信息，使不同遙感數據源發揮各自優勢；基于數字高程模型，對尾礦庫重金屬泄露泥石流區域進行定量分析；以無人機環境應急遙感為例，分析應急遙感的數據分析過程，為環境應急處置技術選擇及物資調運等決策提供支持。

關鍵詞：多源遙感技術 數字高程模型 無人機遙感 尾礦庫重金屬泄露

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0079-02

遙感技術的發展，是以傳感器、遙感平臺、圖像增強、信息傳輸和數據處理等技術領域的重大進步為基礎[1]。遙感在突發環境災害事故和環境監測、預警方面有重要應用。礦業是我國國民經濟和社會發展的重要物質基礎，60%以上工業原材料和95%以上的能源均取自礦業[2]。常見的尾礦庫突發事故主要有尾礦壩滲漏、尾礦排水污染、滑坡潰壩及尾礦輸送系統的泄漏等，這些突發事故往往會造成大量的污染物質進入水體，造成嚴重的環境污染。遙感技術應用在尾礦庫泄露事故后的影響范圍和響應時間的分析可為尾礦庫環境應急管理工作提供支持[3]。

本文提出運用多源遙感技術提取尾礦庫泄露區域信息，使不同的遙感能夠發揮各自優勢；基于數字高程模型，對尾礦庫重金屬泄露區域進行定量分析；以無人機環境應急遙感為例，分析應急遙感的數據過程，為環境應急處置技術的選擇及物資調運等決策提供支持。

1 尾礦庫重金屬泄露區遙感基礎信息

1.1 尾礦庫遙感影像

尾礦庫泄露后，泥石流夾雜著重金屬瞬間垮壩，污染物進入水體，使水體在溫度、顏色、透明度等方面發生變化，遙感可以根據水體反射的波譜變化，通過灰階、色調等方面的不同識別出水體污染范圍、濃度及污染面積。本文經過分析，總結出尾礦庫重金屬泄露遙感影像特征，如表1所示。

目前，航天和航空遙感是尾礦庫重金屬泄露事故中常見的調查方法，選擇恰當的遙感資料對事故調查非常重要。

1.2 遙感數據

不同的傳感器在光譜、波段、分辨率等方面均不相同，其數據可分為高光譜數據、航空數據、衛星數據及相關輔助數據。

本研究采用多源遙感信息融合的方法，即將多種、多時相遙感獲得的數據與遙感與非遙感獲得的數據綜合分析，使不同的遙感數據發揮各自的優勢，能夠快速準確地獲得泄露事故的全面信息。

2 多源遙感信息融合技術

本文以SAR和光學數據融合為例：第一步，對SAR數據進行預處理；第二步，對光學數據進行正處理；第三步，將上述兩種數據進行配準、融合；第四步，提取地面實測數據及其他基礎數據，將多種數據融合，進行綜合分析。圖1表示了具體的泥石流多源遙感數據提取方案。

2.1 多源遙感數據預處理

光學遙感數據需要進行大氣校正、絕對輻射校正、幾何校正、圖像增強及噪聲去除等預處理；SAR數據需要進行斑點抑制預處理，常用的斑點抑制方法包括多視平滑預處理和斑點噪聲濾波技術。實際應用中，經常采用基于局域統計特性的空域自適應濾波方法，如Lee濾波、Sigma濾波等。

2.2 數據配準與融合

為了綜合使用不同來源數據，減少空間分辨率、定位等方面引起的誤差，在進行多源信息提取之前，需要對研究區數據進行配準與融合。常用幾何校正的方法做配準工作，彩色合成法是融合采用的主要方法，它通過顏色對比表現變化，除此之外融合的方法還有差值法和比值法。

2.3 多源遙感信息提取

SAR圖像中，圖像越明亮表示后向散射能量越大，圖像越暗則能量越小。其中，每一個像素表示區域內的后向散射的估計量。河流附近是發生滑坡事故的主要區域，一旦發生事故，水體后向散射特征變化較大，可以快速提取相關信息。

表1 尾礦庫重金屬泄露污染遙感影像特征

污染類型 常用遙感方法 影像特征

植被押覆 彩色攝影、多光譜攝影、多光譜掃描成像、相關輻射儀 彩色紅外圖像上呈紅褐色或紫紅色，在MSS7上呈淺色調

懸浮固體 彩色紅外攝影、多光譜攝影、多光譜掃描成像 MSS5圖像上呈淺色調，彩色紅外片上呈淡藍、灰白色調，水流與清水交界處形成羽狀水舌

礦油污染 可見光、紫外、多光譜攝影，多光譜掃描成像、激光掃描成像，紅外、微波輻射計 可見光、紫外、近紅外、微波上呈淺色調，在熱紅外圖像上呈深色調，為不規則斑塊狀

熱污染 紅外輻射掃描、微波輻射儀 熱紅外圖像上呈白色或羽狀水流

3 DEM遙感分析

數字高程模型（DEM），即用有序數值陣列表示坡度、坡向和坡度變化率等地貌的實體地面模型。其他地形特征值都可由此衍生。

目前，ArcMap、VirtuoZo等軟件都可以建立數字高程模型。將遙感資料進行幾何校正后，與地理信息相匹配和鑲嵌，進一步對圖像的飽和度、色度、亮度進行處理，利用空中三角測量，獲得均勻分布的控制點，生成相關區域的數字高程，經過特征提取，生成TIN結構及坡度敏感圖。泥石流塌方量也可以通過DEM獲得的數據計算得出。

4 無人機環境應急遙感研判

無人機飛機可以從宏觀上提供遙感數據，為事故評估和后續治理提供決策依據。目前，無人機作為對地觀測系統，具有快速、動態且宏觀的優點。

4.1 無人機遙感信息獲取

無人機遙感技術利用高分辨CCD相機系統獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統實現影像的自動拍攝和獲取，同時實現航跡的規劃和監控、信息數據的壓縮和自動傳輸、影像預處理等功能。

4.2 無人機遙感信息處理

無人機影像具有像幅小、傾角大、重疊度不規則等缺陷，必須對地面站接收的遙感信息進行復原、加工，消除各種輻射畸變，才能使圖像與目標物的真實情況相近。無人機遙感圖像校正處理包括圖像恢復或圖像復原等，也可稱作輻射校正和幾何校正。圖像恢復可以消除數據中依附在的各種輻射失真。圖像的幾何校正是指從具有幾何變形的圖像中消除變形的過程。步驟如下：

（1）選取地面控制點。

（2）選擇空間變換函數。

選擇坐標變換函數式，建立圖像坐標（x，y）及參考圖像坐標（X，Y）之間的關系式。把參考坐標轉換到原始坐標對應關系應為式（1），轉化過程如圖2所示。

（3）重樣采和內插。

為了輸出的圖像無畸變，必須對輸入的圖像進行重樣采。其方法有兩種：一是在輸出坐標系上將輸入圖像的各個像元投影在變換后的的相應位置上；二是在輸入圖像坐標系對輸出的各個像元的相應位置進行逆運算，求出該位置上像元數據。在實際中，常用的幾何校正方法有最鄰近內插法、雙線性內插法和三次卷積內插等。

5 結語

遙感成為環境事故應急處置工作中第一現場信息獲取不可缺少的手段。運用多源遙感技術，發揮不同遙感數據源的優勢互補，獲得尾礦庫重金屬泄露滑坡區域相關信息。基于數字高程模型，對尾礦庫泄露區域進行定量分析，得到地理基礎定量數據；無人機遙感圖像經過信息獲取、傳輸、處理等一系列過程后，可以對尾礦庫重金屬泄露事故態勢展開分析，展現遙感技術在尾礦庫重金屬泄露事故應急處置中的重要作用及其優勢性。

參考文獻

[1] 施益強，陳崇成，陳玲.遙感技術在環境科學與工程應用中的進展[J].科技報，2002（12）：25-29.

[2] 劉陽.談我國固體礦產資源分布狀況[J].黑龍江科技論壇.黑龍江省第五地質勘察院，2012（30）：40.

[3] 肖如林，劉慧明，付卓，等.基于“天地一體化”指標的尾礦庫安全預警技術研究[J].環境與可持續發展，2017，42（6）：

117-121.