國產(chǎn)GF衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦山環(huán)境調(diào)查中應(yīng)用潛力分析

李 建

（1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院地質(zhì)與測繪工程學(xué)院，重慶 402260）

開展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，其成果可為合理開發(fā)利用礦山礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理、實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理提供基礎(chǔ)資料和地質(zhì)依據(jù)[1,2]。由于礦山開采活動會產(chǎn)生一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，因此將國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境調(diào)查具有重要的的意義。

本文以廣東某硫鐵礦山為例，分析國產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用潛力，這對在拓展國產(chǎn)系列高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的規(guī)?；c產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了新思路[2,3]，為后續(xù)構(gòu)建“天上看、地上查、網(wǎng)上管”的礦山環(huán)境監(jiān)管體系，實(shí)現(xiàn)以圖管礦的礦山環(huán)境立體監(jiān)管系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)決策支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

研究區(qū)位于廣東省西北，是國內(nèi)也是亞洲最大的硫鐵礦床，屬正在開采的露天礦山。礦區(qū)位于粵桂隆起帶與桂湘贛粵褶皺帶毗鄰處，屬于大紺山背斜北東傾伏部位，區(qū)內(nèi)褶皺及斷裂復(fù)雜，褶皺軸及斷層皆向北東突出，向北撒開向南收斂，呈帚狀弧形展布。區(qū)內(nèi)礦山已經(jīng)開采多年，持久的開采活動勢必會對當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境及礦區(qū)環(huán)境帶來諸多不利影響，礦山地質(zhì)環(huán)境問題突出。

礦區(qū)地勢為西高東低、北高南低，由西北向東南傾斜，平均海拔高度325～350 m。區(qū)內(nèi)氣候特點(diǎn)表現(xiàn)為：氣溫高與降雨多幾乎同時存在，暴雨及臺風(fēng)也經(jīng)常出現(xiàn)，高溫與降雨對礦區(qū)環(huán)境影響至為重要。結(jié)合礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查實(shí)際需求，本文選取2015-11-28的高分一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，影像時相較新，云雪面積小于5%，植被覆蓋率低于40%，影像多光譜波段數(shù)據(jù)分辨率為8 m，融合全色波段后空間分辨率高達(dá)2 m。

2 影像質(zhì)量評價與數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文結(jié)合礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查應(yīng)用的具體需求，主要采用目視判讀和定量評價相結(jié)合的方法對影像數(shù)據(jù)信息量、清晰度與波段相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析[4]。影像信息量越大則清晰度越高，地質(zhì)環(huán)境信息也越豐富。分析圖像各波段之間的相關(guān)系數(shù)對后續(xù)影像波段的選擇和數(shù)據(jù)冗余的消除具有重要作用。由表1可知，本文選取的影像B4波段較之其余3個波段的相關(guān)系數(shù)較小[4]，故本節(jié)選取432波段假彩色合成影像開展礦山地質(zhì)環(huán)境要素信息提取。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括大氣校正、輻射校正、正射糾正、圖像融合、圖像鑲嵌、影像配準(zhǔn)及影像裁剪等步驟。

表1 高分一號衛(wèi)星影像各波段間相關(guān)系數(shù)對比

3 礦山地質(zhì)環(huán)境應(yīng)用潛力分析

3.1 礦山地質(zhì)環(huán)境信息提取

快速準(zhǔn)確地進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦山環(huán)境遙感信息提取，前提和關(guān)鍵均是解譯標(biāo)志的建立[2,5]。礦山環(huán)境遙感調(diào)查提取信息包括礦山開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查和礦山環(huán)境調(diào)查，主要是查明礦山開發(fā)區(qū)的采礦場、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場地和固體廢棄物堆場等分布和占地情況[6]。鑒于此，本次對礦山的采礦場、固體廢棄物堆場、尾礦庫、開采面等礦山較易識別地物建立了解譯標(biāo)志。

本次遙感地質(zhì)解譯環(huán)境要素信息涉及露天采礦場、礦山固體廢棄物堆場、泥石流堆積扇、較大規(guī)模的崩塌、滑坡、地面塌陷，地貌景觀、植被破壞等的位置、危及城鎮(zhèn)、重要建筑物、礦山設(shè)施、交通等較大的地質(zhì)災(zāi)害及其隱患等[7-9]。野外實(shí)地檢查與驗證主要目的是對工作區(qū)遙感地質(zhì)解譯初步成果、遙感地物信息提取成果進(jìn)行野外檢查和修正，驗證圖中地質(zhì)體及地物體的屬性判定的正確與否，地質(zhì)及地物界線定位的準(zhǔn)確程度。通過對解譯標(biāo)志的進(jìn)一步完善，修正和完善遙感解譯提取成果。完成室內(nèi)初步解譯后，進(jìn)行野外實(shí)地核查驗證，對有疑問的圖斑100%進(jìn)行驗證和詳解記錄。

3.2 礦山環(huán)境調(diào)查結(jié)果分析及影響分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)礦山環(huán)境主要的占地類型為采礦及生產(chǎn)加工活動產(chǎn)生的大量廢渣、廢土、石等占據(jù)了農(nóng)用地和耕地現(xiàn)象，并存在尾礦庫占用農(nóng)業(yè)用地的現(xiàn)象，各種不同占地方式如圖1所示。本次共解譯與礦山環(huán)境相關(guān)的尾礦庫、廢石渣、地面塌陷、采場、選礦廠、裸地、礦山相關(guān)設(shè)施、湖泊及水系與居民地等多種類別的有用圖斑217處，各類別圖斑數(shù)量、面積及占比信息如圖2所示。結(jié)果表明，礦區(qū)主要占地類別為礦山采場、礦山相關(guān)設(shè)施及生產(chǎn)加工活動產(chǎn)生的大量廢渣、廢土、石等占據(jù)了農(nóng)用地和耕地造成的地表裸露。礦山露天開采對周圍的土地、水文、植被等會造成諸多不利的影響，包括地形地貌破壞、水土流失和生態(tài)環(huán)境惡化（見圖3），此外開挖出的土石方等大量剝離物存放壓占土地。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感信息提取結(jié)果圖

圖2 調(diào)查區(qū)信息提取統(tǒng)計

圖3 露天開采形成高陡裸露基巖邊坡

研究區(qū)礦山環(huán)境以尾礦庫、廢石渣等為代表的固體廢棄物為主，次為中轉(zhuǎn)場地和礦山建筑用地；水土流失區(qū)主要位于礦山活動較為集中的地區(qū)及交通用地附近；礦區(qū)主要的土地破壞類型為裸地，即為露天開采對地表覆蓋物的剝離，占礦區(qū)約41%；區(qū)內(nèi)滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害破壞的面積占比較少，但存在崩塌和地裂縫情況；礦區(qū)存在地面塌陷災(zāi)害，其影響面積在礦區(qū)占比較大，并對周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響。

常用的礦山環(huán)境影響分區(qū)方法有多種，不同的方法各有優(yōu)劣，適用領(lǐng)域也各不相同。本文選用層次分析法，選取構(gòu)造復(fù)雜程度、地形坡度、工程地質(zhì)條件、礦山建筑密度、中轉(zhuǎn)場密度及采礦場密度等6個影響礦山環(huán)境的因素作為評價因子，建立數(shù)據(jù)評價模型，通過加權(quán)運(yùn)算，獲取各因子權(quán)重，最后進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，求得研究區(qū)內(nèi)礦山環(huán)境影響指數(shù)。

根據(jù)礦山環(huán)境影響指數(shù)結(jié)果及礦區(qū)的具體特征將礦山環(huán)境分為3個等級：影響嚴(yán)重區(qū)、較嚴(yán)重區(qū)、較輕區(qū)。其中影響嚴(yán)重區(qū)位于礦區(qū)西部的露天采場、排土場及采場區(qū)域，較嚴(yán)重區(qū)位于東部的選冶廠區(qū)及礦區(qū)生活區(qū)，礦區(qū)的其他地區(qū)為影響較輕區(qū)域。礦山環(huán)境影響的嚴(yán)重程度作為礦山環(huán)境治理的直接依據(jù)，直接關(guān)系到應(yīng)采取的礦山地質(zhì)環(huán)境治理的相關(guān)舉措與建議。

圖4 區(qū)內(nèi)礦山環(huán)境影響分區(qū)圖

4 結(jié) 語

通過利用高分?jǐn)?shù)據(jù)開展本次礦山環(huán)境調(diào)查，探索了國產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用潛力，得出結(jié)論如下：

1）國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)是國土礦山環(huán)境管理不可或缺的重要技術(shù)手段[10,11]，對構(gòu)建“天上看、地上查、網(wǎng)上管”的環(huán)境監(jiān)管新體系，實(shí)現(xiàn)“以圖管礦”、“以圖管環(huán)境”、“以圖促改進(jìn)”的立體監(jiān)管新模式意義重大。隨著國產(chǎn)衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展完善，預(yù)計我國在5～10 a內(nèi)，域內(nèi)重要礦種礦集區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查與監(jiān)測等以遙感衛(wèi)星為技術(shù)基礎(chǔ)的各項工作將全面啟動，屆時，國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星將提供更為強(qiáng)大的圖像數(shù)據(jù)支持。

2）國產(chǎn)高分衛(wèi)星B4波段與另外3個波段的相關(guān)性較小，獨(dú)立性更好，可在礦山環(huán)境調(diào)查影像波段選擇時優(yōu)先選擇，用于信息增強(qiáng)或圖像合成等處理；高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)融合后影像清晰，紋理信息豐富，適用于礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查應(yīng)用。

3）國產(chǎn)高分遙感數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，在一定范圍內(nèi)對礦業(yè)秩序混亂、礦山環(huán)境破壞嚴(yán)重地區(qū)開展大比例尺的遙感調(diào)查和監(jiān)測；也可為實(shí)現(xiàn)國土資源立體監(jiān)測，解決礦產(chǎn)資源無序開發(fā)、礦難頻發(fā)、土地違法屢禁不止等監(jiān)管難題，提高資源管理的科技含量，并為礦山環(huán)境恢復(fù)治理等提供科學(xué)的決策支持。

4）現(xiàn)階段研究區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理理念還有待提高，建議提高對礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識，有計劃地進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作。