永州市零陵區(qū)尾礦庫信息遙感監(jiān)測與評價研究

陳哲鋒

（福建省地質(zhì)測繪院，福建 福州 350011）

尾礦庫是礦山選礦廠必不可缺少的設施，是選礦生產(chǎn)的產(chǎn)物。在礦山開采出的礦石中，經(jīng)選礦廠選出有價值的精礦后，剩余的暫時無法利用的礦石或有害成分的廢棄礦石與選礦產(chǎn)生的廢水一起形成尾礦。其數(shù)量大，若隨意排放不僅破壞、污染周邊山川環(huán)境，而且造成礦產(chǎn)資源的流失。

為有效預防尾礦庫事故，加強對礦山尾礦庫的監(jiān)測和管理，需開展摸清尾礦庫存在狀況及其監(jiān)測工作。本文重點在信息提取效能方面進行研究，采用面向?qū)ο蠛凸庾V特征差異法進行快速信息提取與監(jiān)測識別，提高應急效率。

1 區(qū)域概況

零陵區(qū)位于湘江上游、湘水與瀟水匯合處。北與永州市冷水灘區(qū)相連接，南界雙牌縣，西北接東安縣，西接廣西區(qū)全州縣，東抵祁陽縣。地理坐標位于東經(jīng)110°10′～111°56′和北緯25°51′～26°26′之間，面積1962平方千米。境內(nèi)氣候溫和、雨量充沛的亞熱帶氣溫條件，既具陽光豐富的大陸性季風氣候特點，又有雨量充沛、空氣濕潤的海洋性氣候特征。全年平均氣溫在17.6℃～18.6℃之間，無霜期年均285天～311天，年降雨量1290毫米～1900毫米。地勢是西南部較高，東北及中部較低，境內(nèi)都龐嶺、越城嶺屏障于西北；萌渚嶺、九嶷山雄踞于東南，陽明山、紫金山攔腰穿插于東西，將全市分成南北兩大塊—零祁、寧道兩大盆地。即形成三山圍夾兩盆地，呈現(xiàn)向東傾斜的“山”字形地貌總輪廓。

2 技術方法

收集區(qū)域衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，完成校正、調(diào)色、融合、鑲嵌、裁切等一系列遙感影像處理生產(chǎn)正射影像圖，通過分析尾礦庫結構組成、形狀特點、紋理特征以及光譜信息的分析，建立尾礦庫直接和間接遙感解譯標志，再通過面向?qū)ο蠓治龇夹g針對性提取區(qū)域尾礦庫信息，再通過光譜特征差異法實現(xiàn)多期次動態(tài)監(jiān)測，進而完成了永州市零陵區(qū)尾礦庫信息遙感動態(tài)監(jiān)測與評價。

3 尾礦庫遙感信息提取與監(jiān)測

根據(jù)尾礦庫結構、形狀等特點在遙感影像的反映，從顏色、形狀、紋理與空間位置等影像特征建立尾礦庫遙感解譯標志，結合面向?qū)ο蠓治龇椒ㄟM行尾礦庫信息提取，運用光譜特征變異法進行動態(tài)監(jiān)測。

（1）解譯標志。尾礦庫是人類工程活動的產(chǎn)物，人工痕跡顯著，下游具有線性特征明顯的尾礦壩，壩體大部分無植被覆蓋呈灰白色，具有明顯高度落差，或呈典型下三角形狀；庫體水體顏色多呈灰、土黃等顏色。部分尾礦庫壩體下發(fā)具有綠化帶等，上游水體顏色過渡到綠色，與水庫水體一致。尾礦庫周邊一般都有選礦廠、選礦池等礦山建筑，彼此之間通過礦山道路連接。

（2）面向?qū)ο蠓治龇āＣ嫦驅(qū)ο蠓诸惣夹g集合臨近像元為對象用來識別感興趣的光譜要素，充分利用高分辨率的全色和多光譜數(shù)據(jù)的空間、紋理和光譜信息來分割和分類的特點，以高精度的分類結果或者矢量輸出。它主要分成兩部分過程：影像對象構建和對象的分類。

（3）光譜特征變異法。光譜特征差異法主要采用了影像融合技術。影像融合是將空間、時間、波普上冗余或互補的多源遙感數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則（或算法）進行運算處理，獲得比任何單一數(shù)據(jù)更精準、更豐富的信息，生產(chǎn)具有新的空間、波普、時間特征的合成影像數(shù)據(jù)。影像融合既可以提高多光譜影像空間分辨率，又保留其多光譜特性，強調(diào)信息的優(yōu)化，突出有用的專題信息。

通常影像融合是同一數(shù)據(jù)源同一時相的同顆衛(wèi)星獲取的全色與多光譜數(shù)據(jù)進行融合，光譜特征變異法采取融合的數(shù)據(jù)源可以非同源，非同一時相而同空間位置的影像進行融合，即利用前一時相的多光譜數(shù)據(jù)（或全色）與后一時相的全色（或多光譜）數(shù)據(jù)進行交叉融合，因同一地物反映在多源遙感影像上的信息是一一對應的。當同一地物在兩者上的信息表現(xiàn)為不一致時，那么融合后影像中此地物的光譜就表現(xiàn)得與正常地物的光譜就有所差別，此時稱地物發(fā)生了光譜特征變異。利用光譜特征變異法突出變化信息，可迅速發(fā)現(xiàn)對象發(fā)生變化的位置、規(guī)模，縮小觀測范圍，提高監(jiān)測速度和應急效率。圖1a為前時相數(shù)據(jù)，尾礦庫北側(cè)為尾礦傾倒處，南側(cè)為水面；b為后時相，整個區(qū)域都已被尾礦覆蓋，南側(cè)明顯無水面特征，c為兩者影像進行IHS融合后效果，其南側(cè)呈淺紫色異常色調(diào)，其異常色調(diào)為變化區(qū)域，異常色調(diào)極大提高辨別效率，及其變化范圍。

圖1 面向?qū)ο蟮V山尾礦庫信息提取

4 礦山尾礦庫遙感分析

通過面對對象分析和光譜特征變異法對工作區(qū)開展了尾礦庫及動態(tài)變化情況遙感解譯，經(jīng)地面調(diào)查驗證，在永州市零陵區(qū)尾礦庫共計查出171座尾礦庫，集中分布于水口山鎮(zhèn)、石巖頭鎮(zhèn)、珠山鎮(zhèn)等，涉及礦種為錳礦。

表1 研究區(qū)各種尾礦庫匯總統(tǒng)計表

通過區(qū)域尾礦庫分布情況，以及同歷史遙感數(shù)據(jù)比較分析，區(qū)域礦山尾礦庫具有以下特點：①區(qū)域礦業(yè)活動強度呈穩(wěn)定趨勢：研究區(qū)尾礦庫數(shù)量上保持不變，面積上有所增加，新增7.79公頃，增長了1.56%，幅度較小；②尾礦庫缺乏選址：尾礦庫占地類型主要為山間林地，部分了侵占了周邊耕地，且主要分布在臨近礦山開采區(qū)，部分臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)；③區(qū)域尾礦庫存在潛在污染：區(qū)域礦產(chǎn)為錳金屬礦，尾礦庫渣及廢水含有大量有害物質(zhì)，尤其重金屬元素，在經(jīng)雨水沖刷和淋濾下，存在潛在污染下游水系及地下水；④區(qū)域尾礦庫存在安全隱患：山谷型尾礦庫壩體多以夯土結構，存在安全隱患。

5 結論

運用面向?qū)ο笈c光譜特征差異法相結合的方法能高效、高質(zhì)開展礦山尾礦庫遙感動態(tài)監(jiān)測，可準確摸清尾礦庫基本類型、數(shù)量、規(guī)模、空間分布以及變化情況，解決了傳統(tǒng)尾礦庫調(diào)查費用高、周期長、精度低等問題，為尾礦庫調(diào)查提供了遙感技術方法，為尾礦庫管理提供基礎數(shù)據(jù)，對災害應急具有重要意義。