采礦塌陷區(qū)遙感提取方法研究

張 允

（寧夏遙感測(cè)繪勘查院，寧夏 銀川 750021）

采礦塌陷，又稱(chēng)采空塌陷、礦區(qū)塌陷。采礦使地下大面積被采空后，頂部巖層失去支撐，在自重作用下發(fā)生彎曲、張裂、冒落，并在地表形成塌陷坑或塌陷洼地而造成的災(zāi)害。采礦塌陷的基本特點(diǎn)是分布廣、規(guī)模大、危害重。塌陷坑或塌陷洼地多呈橢圓形，塌陷中心與采空區(qū)基本對(duì)應(yīng)，邊緣常有密集的張裂隙。采礦塌陷嚴(yán)重破壞各種建筑設(shè)施和土地資源，是影響礦產(chǎn)開(kāi)采和礦區(qū)環(huán)境的重要災(zāi)害?；谏鷳B(tài)文明建設(shè)的需求，現(xiàn)代開(kāi)采方式逐漸由露天向地下開(kāi)采轉(zhuǎn)變，地下開(kāi)采的不規(guī)范就是塌陷產(chǎn)生的前提。所以預(yù)防和監(jiān)測(cè)尤為重要。

遙感技術(shù)是現(xiàn)代科技手段的一種，以空間信息技術(shù)為支撐，結(jié)合測(cè)繪類(lèi)工具取得了很好的應(yīng)用。遙感技術(shù)，其結(jié)合地理信息系統(tǒng)為采礦塌陷區(qū)提取提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)前在許多礦區(qū)的數(shù)字化建設(shè)中采用全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)，為采礦塌陷區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)及治理提供了有效數(shù)據(jù)支撐。

1 遙感提取方法的應(yīng)用

遙感技術(shù)作用于采礦塌陷區(qū)，利用遙感衛(wèi)星影像的宏觀、直觀性，結(jié)合塌陷區(qū)的解譯標(biāo)志特點(diǎn)，圈定疑似塌陷區(qū)，結(jié)合SAR數(shù)據(jù)，利用兩期或者多期數(shù)據(jù)的對(duì)比，確定塌陷程度。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行范圍區(qū)勾繪，確定塌陷范圍區(qū)面積，相比之傳統(tǒng)的測(cè)算方法，其在提取上具有速度更快、準(zhǔn)確度更高的優(yōu)勢(shì)。

（1）數(shù)據(jù)的選取與處理。遙感數(shù)據(jù)的多樣性，為塌陷區(qū)信息提取提供了多種信息來(lái)源，但就信息提取的精度而言，分辨率越高，精度相對(duì)就越高。遙感數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)預(yù)處理、幾何校正、圖像增強(qiáng)、圖像裁剪、鑲嵌和勻色以后方可使用，結(jié)合塌陷區(qū)的影像解譯標(biāo)志，就可以進(jìn)行塌陷區(qū)的范圍劃定。

（2）采礦塌陷區(qū)影像特征提取。從采礦塌陷區(qū)的空間結(jié)構(gòu)上來(lái)看，塌陷區(qū)有一定的影像特征：采礦塌陷區(qū)普遍呈現(xiàn)坑狀結(jié)構(gòu)；因地形因素引起的移動(dòng)盆地與塌陷坑呈現(xiàn)出一種凹坑狀結(jié)構(gòu)。此外，由于地表的塌陷是一種連續(xù)的狀態(tài)，在宏觀層面上呈現(xiàn)出離散狀態(tài)，而內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)為高低不平的起伏姿勢(shì)，因此利用DEM能更加直觀的表現(xiàn)地表形態(tài)。采礦塌陷區(qū)由于地下潛水位較高，當(dāng)塌陷到一定深度時(shí)容易造成積水，以遙感技術(shù)進(jìn)行積水坑資料的提取更容易發(fā)現(xiàn)塌陷位置，也更容易對(duì)可能產(chǎn)生塌陷的位置進(jìn)行定位處理。

（3）輔助驗(yàn)證。對(duì)于圈定的塌陷疑似范圍，結(jié)合SAR數(shù)據(jù)，利用兩期或者多期數(shù)據(jù)的對(duì)比，確定塌陷程度，這也是對(duì)圈定范圍的一個(gè)驗(yàn)證過(guò)程。

2 采礦塌陷區(qū)遙感提取方法應(yīng)用的不足

由于遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，其被應(yīng)用于礦山建設(shè)的各個(gè)方面，結(jié)合全球定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的集成，其在空間信息技術(shù)上也獲得了較高的成效。但從采礦塌陷區(qū)遙感提取方法應(yīng)用的層面上看，還存在不足之處，主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

（1）人員專(zhuān)業(yè)綜合性知識(shí)缺乏。當(dāng)前在采礦塌陷區(qū)的遙感提取技術(shù)中，遙感專(zhuān)業(yè)人員只是遙感方面的專(zhuān)家，而對(duì)于礦產(chǎn)地質(zhì)方面知之甚少，另外，由于遙感存在“同譜異物”的現(xiàn)象，對(duì)于地下開(kāi)采方式的“隱蔽性”，地表遙感信息并不能完全反應(yīng)塌陷的真實(shí)情況；地理信息系統(tǒng)對(duì)塌陷范圍區(qū)的圈定也需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)的支撐，因此，綜合性專(zhuān)業(yè)人才是保證遙感數(shù)據(jù)提取的前提。

（2）礦權(quán)范圍區(qū)資料的缺乏。由于礦權(quán)范圍屬于涉密范疇，一般核查單位很難獲取，加之地下開(kāi)采方式的“隱蔽性”，疑似塌陷區(qū)的核實(shí)工作量就相對(duì)擴(kuò)大，相比于在漫漫的影像世界里尋找圈定，有精確的礦權(quán)信息范圍就顯得更有目標(biāo)，準(zhǔn)確性也會(huì)提高很多； 結(jié)合礦權(quán)信息中的開(kāi)采方式屬性，只針對(duì)地下開(kāi)采和聯(lián)合開(kāi)采方式的礦區(qū)范圍進(jìn)行塌陷區(qū)范圍的提取，工作量會(huì)有大幅度的減少，所以礦權(quán)范圍區(qū)的資料對(duì)于塌陷區(qū)的判定顯得尤為重要。

（3）差異性認(rèn)知缺乏。首先，在提取影像時(shí)，南北方應(yīng)該有差別，北方應(yīng)該選在秋季落葉期，南方最適宜時(shí)應(yīng)選在冬季植被蓋度稀疏期，這樣更能清晰地反映塌陷區(qū)影像特征，而不是千篇一律；另外，相較于用積水坑提取判定塌陷區(qū)也有一定的誤判，露天開(kāi)采的采坑也會(huì)有積水坑（尤其以南方雨水較多地區(qū)較為常見(jiàn)），因此應(yīng)充分重視南北差異，制定不同的判定策略。

3 采礦塌陷區(qū)遙感提取方法的優(yōu)化對(duì)策

在采礦塌陷區(qū)進(jìn)行的遙感提取技術(shù)需要有相應(yīng)的規(guī)范與技術(shù)限制，才能夠真正保證提取的結(jié)果真實(shí)有效，通過(guò)對(duì)遙感提取方法在應(yīng)用中存在的不足之處，提出以下具體的優(yōu)化對(duì)策，以此來(lái)提高采礦塌陷區(qū)的信息提取準(zhǔn)確性。

（1）加強(qiáng)人員的專(zhuān)業(yè)交叉培訓(xùn)與綜合素質(zhì)。采礦塌陷區(qū)的遙感技術(shù)應(yīng)用需要以專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)手段進(jìn)行操作，在這個(gè)操作過(guò)程中，需要相關(guān)操作人員具備良好的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)與專(zhuān)業(yè)能力，同時(shí)，也需要相關(guān)人員具備專(zhuān)業(yè)遙感地質(zhì)、礦山監(jiān)測(cè)、塌陷區(qū)、地理信息方面的相關(guān)知識(shí)。以專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)展專(zhuān)業(yè)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)為首要原則，在采礦塌陷區(qū)的遙感技術(shù)應(yīng)用中，需要有具備其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員進(jìn)行相關(guān)工作學(xué)科交叉的培訓(xùn)與考核，以此提高遙感技術(shù)操作員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)水平，多學(xué)科、多技術(shù)實(shí)現(xiàn)交叉融合，取其優(yōu)勢(shì)、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

（2）收集健全歷年礦權(quán)資料。更多更好的收集歷年礦權(quán)資料，建議以省為單位，有的放矢，高效準(zhǔn)確的找出采礦塌陷區(qū)，為礦山隱患的排查以及治理提供有效數(shù)據(jù)支持。另外，對(duì)于國(guó)家規(guī)范礦山開(kāi)采以前的非法開(kāi)采，現(xiàn)已關(guān)閉的地下開(kāi)采礦山區(qū)也應(yīng)作為重點(diǎn)，逐一排查出塌陷的安全隱患，保障人民的生產(chǎn)生活安全。

（3）制定科學(xué)的判定策略。南北方有差異，但具體到各省是否也有差異呢，這就需要區(qū)別核實(shí)，首先，影像時(shí)相的選取把握一個(gè)原則，就是要能以清晰反應(yīng)本省塌陷區(qū)特征的時(shí)節(jié)為準(zhǔn)；其次，對(duì)于通過(guò)積水坑找塌陷區(qū)只能是結(jié)合相關(guān)知識(shí)，逐一的進(jìn)行分類(lèi)核實(shí)，在北方，有些積水坑或許是淺層水聚集所成，但也有可能是雨水；南方雨水居多，對(duì)于積水坑的判別就需要更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)進(jìn)行甄別，學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，結(jié)合科學(xué)的判定策略，對(duì)于塌陷區(qū)的判定無(wú)疑是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

遙感技術(shù)應(yīng)用于采礦塌陷區(qū)，能夠方便快捷地提取信息，并且有效結(jié)合全球定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的集成，在空間信息技術(shù)中發(fā)揮了較好的作用。針對(duì)采礦塌陷區(qū)遙感提取方法中存在的不足，從技術(shù)和專(zhuān)業(yè)管理兩方面做出了優(yōu)化處理，可以為遙感技術(shù)在礦山治理及環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面提供更科學(xué)的基礎(chǔ)信息服務(wù)，同時(shí)，也能夠提高采礦塌陷區(qū)的技術(shù)應(yīng)用水平與技術(shù)手段的提升水平。