遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

陳 軍

（河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河北 石家莊 050000）

近年來我國的礦物開發(fā)規(guī)模越來越大，而對于地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測是其中一個重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)非常落后，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如遙感技術(shù)，遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用較為普遍。遙感技術(shù)是始于20世紀(jì)60年代的探測技術(shù)，該技術(shù)的思想比較超前，通過電磁波對物體的反射性的物理性能對事物進(jìn)行探測，是一種不接觸式的探測技術(shù)。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的必要性

社會的發(fā)展促進(jìn)礦產(chǎn)資源的開發(fā)，但在采礦過程中存在著重管理輕環(huán)境保護(hù)、技術(shù)落后和采礦資金有限等問題。由于過度開發(fā)等一系列的問題對礦山地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，并引發(fā)許多次生地質(zhì)災(zāi)害或隱患。如今許多礦山的地質(zhì)環(huán)境已經(jīng)非常惡劣，導(dǎo)致施工團(tuán)隊的施工難度增大，如果團(tuán)隊在進(jìn)行礦山礦物開采時對當(dāng)?shù)氐牡V山地質(zhì)環(huán)境了解不夠全面，可能造成礦體塌方的情況，施工遇挫等問題，因此，有必要監(jiān)測礦山的地質(zhì)環(huán)境，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式采用的技術(shù)，其水平不高，因此，監(jiān)測到的礦山地質(zhì)環(huán)境的數(shù)據(jù)與實際的數(shù)據(jù)存在較大的偏差，導(dǎo)致施工團(tuán)隊決策失誤，造成重大損失。如果通過遙感技術(shù)對礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，可以有效地幫助相關(guān)工作人員快速、全面地了解礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，及時發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境存在的問題，協(xié)助施工團(tuán)隊更好地進(jìn)行工作。

2 遙感技術(shù)簡介

所謂的遙感技術(shù)，就是通過在衛(wèi)星上（飛機(jī)、氣球也可）安裝先進(jìn)的傳感器，包括熱力學(xué)傳感器、力學(xué)量傳感器、光纖計流傳感器等等，讓傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進(jìn)行探測，然后傳輸信息。其是運輸、處理、解釋和分析的綜合技術(shù)，以及勘探和監(jiān)測地球的資源和環(huán)境。遙感技術(shù)采用鳥瞰的形式進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測，包括多點、多光譜、多時間、多高度的遙感圖像和多個增強(qiáng)的遙感信息，具備系統(tǒng)性、瞬時性和同步性。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境存在的問題

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害

在礦山的開采過程中，往往會產(chǎn)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，這是礦山地質(zhì)環(huán)境中比較常見的一種現(xiàn)象。但是人為的礦山山體開采往往加劇此類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，不同的開采方式造成不同程度上的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。舉一個例子，在礦山開采過程中，以露天開采方式進(jìn)行作業(yè)，這種模式就是將礦山挖的像一個天坑，在預(yù)先設(shè)置好的較高的開采點安排施工后，工作人員從上往下開采礦物質(zhì)，但是隨著開采深度加大，往往會在礦坑中形成高且陡的掌子面，并且工作人員在施工的過程中，由于工期較長，且工作進(jìn)度較趕，安全意識薄弱，因此廢渣便會在掌子面上隨意地堆放，而這些容易引發(fā)礦體崩塌、泥石流、滑坡等一系列的地質(zhì)災(zāi)害，而且高陡的礦坑發(fā)生災(zāi)害，往往造成大量的人員傷亡。

3.2 破壞耕地林地資源

我國作為一個地廣物博的國家，是世界公認(rèn)的糧食出產(chǎn)大國，我國的耕地面積在全球是數(shù)一數(shù)二的，但是我國的人均耕地資源卻非常的稀缺，主要是由于我國地形差異大。最好的耕地地形是平原地形，但是我國的平原地形面積較少，多數(shù)地區(qū)是以山地林地的地形為主，這些地方的耕地往往是以梯田的形式為主，而礦山的開采往往導(dǎo)致耕地遭到破壞。除了自然的礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致耕地面積減小外，人為的礦山地質(zhì)環(huán)境也會限制耕地林地資源的發(fā)展。施工團(tuán)隊在進(jìn)行礦山開采時，往往會產(chǎn)生一些有污染的無用的廢棄物，并且原地堆放，未對其進(jìn)行專業(yè)的處理。而這些廢棄物中含有大量的有毒重金屬物質(zhì)，其通過雨水、自然風(fēng)化等方式滲透到林地和耕地中，破壞土壤的內(nèi)部組成成分，降低土壤的肥沃度，長此以往，導(dǎo)致耕地失去耕種的能力。

3.3 地表破壞

在很多地區(qū)，由于施工團(tuán)隊的不當(dāng)操作引發(fā)嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，而這些地質(zhì)環(huán)境問題引發(fā)嚴(yán)重的地表變形，造成巨大的財產(chǎn)損失。礦山開采過程中由于土質(zhì)密度不同會出現(xiàn)地陷，并且，施工團(tuán)隊在完成作業(yè)之后對于空洞的礦洞不進(jìn)行填補(bǔ)，當(dāng)?shù)V源枯竭后將其棄之不理，造成礦山內(nèi)部中空，當(dāng)面臨暴雨等極端天氣是往往會造成地表塌陷。以我國的四大煤田為例，由于無節(jié)制地開采，導(dǎo)致坍塌面積高達(dá)500平方公里，失去大量的開采設(shè)備，造成巨大的人員傷亡。

4 遙感技術(shù)的應(yīng)用

4.1 資源損毀遙感監(jiān)測

遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用非常廣泛且實用，研究人員通過不斷研究發(fā)明出多源遙感數(shù)據(jù)組合技術(shù)，這種技術(shù)進(jìn)一步提升監(jiān)測礦山地質(zhì)環(huán)境的精準(zhǔn)度。該技術(shù)采用的是高空間圖像分辨合成技術(shù)，它能夠在遠(yuǎn)距離的高空中準(zhǔn)確識別出礦山采礦過程中的一切事物，如開采場、固體廢棄物等的具體空間分布，并且能夠識別出一定程度上的地表塌陷坑。遙感技術(shù)實現(xiàn)對礦山地形、地裂縫等物質(zhì)的具體成像，并且能夠及時捕捉到突發(fā)情況，同時將信息反饋給技術(shù)人員。基于此，科研人員將遙感技術(shù)應(yīng)用于礦山地質(zhì)資源損毀的監(jiān)測上，通過多光譜數(shù)據(jù)記錄反饋技術(shù)將礦山資源分布以及廢棄的物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的辨認(rèn)劃分，不僅如此，高精度的遙感DEM傳感技術(shù)直觀的將礦山地貌、資源分布等信息以數(shù)字化的模型展現(xiàn)在人們的面前，這意味著工作人員可以通過這項技術(shù)實現(xiàn)對于礦山資源的實時了解，從而獲取高精度的地形圖，利于礦山的合理開采，以及制定合理的決策，減小損失。

4.2 地裂縫識別與監(jiān)測

地裂縫是一種比較特殊的礦山地質(zhì)環(huán)境，一旦礦山產(chǎn)生地裂縫，往往出現(xiàn)比較嚴(yán)重的安全事故，如山體滑坡，礦體塌方等等。科研人員發(fā)現(xiàn)，礦山在產(chǎn)生地裂縫時，由于裂縫本身較大，因此光在進(jìn)入裂縫后由于光的折射原理，大部分的光會被裂縫吸收，只有少部分的光會以能量的形式反射出去，在人眼的眼中就是比較黑且長的巨大裂縫，因此利用光學(xué)傳感器可以實現(xiàn)有效的地裂縫的識別與監(jiān)測，由于地裂縫產(chǎn)生時地物的反射光譜不同，產(chǎn)生的微弱變化信息在遙感圖像中反映出來。具體來說，地裂縫的發(fā)生改變?yōu)捏w及其周圍的表層土壤特征，導(dǎo)致局部圖像紋理和光譜特征發(fā)生變化，如植物空間分布和生長的變化，造成災(zāi)體與周圍環(huán)境圖像色調(diào)的差異。于是在遙感成像圖上往往會將地裂縫以黑色的曲線的形式表現(xiàn)出來，這便極大地幫助工作人員實現(xiàn)對地裂縫的識別與監(jiān)測，極大程度上降低地裂縫造成的損失。

4.3 礦山地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)警

遙感技術(shù)被應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害的評估與預(yù)警中，地質(zhì)災(zāi)害危險性評估是技術(shù)人員通過勘察監(jiān)測等一系列手段將地質(zhì)災(zāi)害形成的性質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害可能形成的規(guī)模以及礦山地質(zhì)災(zāi)害可能造成的社會經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行詳細(xì)的了解分析后得出結(jié)論，然后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行概率性地分析，將可能出現(xiàn)的各種情況以計算的方式導(dǎo)出結(jié)果，以滑坡為例，風(fēng)險評估的傳感監(jiān)測工作是通過分析找出礦山滑坡風(fēng)險的主要因素。除與滑坡密切相關(guān)的地質(zhì)地貌指標(biāo)、地理指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)外，主要因素還與礦產(chǎn)資源開發(fā)等人類活動的強(qiáng)度有關(guān)。不僅如此，遙感技術(shù)還應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警，其實現(xiàn)對礦山地形、地裂縫等物質(zhì)的具體成像，對于突發(fā)情況遙感技術(shù)能夠及時捕捉到并且反饋給技術(shù)人員，各部門領(lǐng)導(dǎo)能夠及時掌握重要信息，對于地質(zhì)災(zāi)害的來臨能夠提前得知并且進(jìn)行具體應(yīng)對方案的計劃，從而實現(xiàn)科學(xué)有效的地質(zhì)災(zāi)害的決策，達(dá)到預(yù)警的效果。

4.4 地表變形程度監(jiān)測

上文提到，礦山的地質(zhì)災(zāi)害還會導(dǎo)致周邊環(huán)境的地形破壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而遙感技術(shù)可以有效解決這一問題，實現(xiàn)對地表形變程度的監(jiān)測，進(jìn)而幫助科研人員進(jìn)行科學(xué)合理的決策，并且解決問題。遙感技術(shù)主要將GPS定位技術(shù)、成像技術(shù)、地理信息勘察技術(shù)等一些列技術(shù)進(jìn)行合理的安排，形成一套成熟的監(jiān)測系統(tǒng)，精確地對礦山地質(zhì)進(jìn)行實時觀察監(jiān)測。其主要的環(huán)節(jié)如下，技術(shù)人員會在飛機(jī)、衛(wèi)星、等高空作業(yè)物上安裝光學(xué)傳感器、熱力學(xué)傳感器、攝像頭等電子設(shè)備，當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生變形時，地面反饋的熱量將會不同于正常的地表，不僅如此，折射光線的強(qiáng)度發(fā)生比較明顯的偏差，這時遙感技術(shù)利用計算機(jī)成像將所得到的數(shù)據(jù)以具體的動態(tài)圖的形式反饋給技術(shù)人員，并且通過大數(shù)據(jù)的方式演算出造成這一類現(xiàn)象的成因，技術(shù)人員通過分析反饋的數(shù)據(jù)，提出解決方案。因此傳感技術(shù)在地表形變程度的監(jiān)測上作用效果也非常的明顯。

4.5 礦山斜坡類地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

遙感技術(shù)投入使用以來，人們常用的方式是將其作為地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測工具，隨著科研人員將傳感技術(shù)在此領(lǐng)域的不斷研究，積累了豐富的斜坡類地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的經(jīng)驗，形成成熟的識別監(jiān)測系統(tǒng)。遙感系統(tǒng)對于礦山斜坡類地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測主要的工作環(huán)節(jié)有兩個，分別是識別災(zāi)害體和災(zāi)害有關(guān)信息的確定。當(dāng)前遙感技術(shù)對于災(zāi)害識別的方式主要是通過安裝的傳感器對光譜信息、空間信息、地形信息、地貌識別信息的捕捉分析，利用內(nèi)部計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將捕捉到的信息進(jìn)行深入的分析，而后導(dǎo)出結(jié)論，得出具體的可能的災(zāi)害體，再進(jìn)一步對有關(guān)災(zāi)害體信息進(jìn)行確認(rèn)，反饋給專業(yè)的技術(shù)人員做參考，提出解決方案。

5 結(jié)語

我國的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，離不開我國礦業(yè)的支持，但是在發(fā)展的過程中，礦產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境問題頻發(fā)發(fā)生，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)不能滿足我國的礦業(yè)發(fā)展要求，而遙感技術(shù)的應(yīng)用給礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測帶來諸多便利，因此加強(qiáng)遙感技術(shù)的應(yīng)用。