高分二號遙感影像在濟源市礦山地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

任酉貴 許欣欣

（遼寧省自然資源服務中心，遼寧 沈陽 110001）

1 引言

近年來，衛(wèi)星遙感技術作為一種先進的測繪技術，在對地觀測中具有快速、信息量大、成本低等特點，在礦山地質(zhì)災害調(diào)查與監(jiān)測中得到了廣泛應用[1]，其中，國產(chǎn)高分二號衛(wèi)星的空間分辨率達到亞米級，具有高輻射精度、高定位精度和快速姿態(tài)機動能力等特點，將在礦山地質(zhì)災害調(diào)查中發(fā)揮更大作用。濟源市礦產(chǎn)資源豐富，頻繁的采礦活動引起的環(huán)境問題呈多樣化和復雜化態(tài)勢，礦山地質(zhì)災害調(diào)查可為合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源和保護地質(zhì)環(huán)境提供對策和依據(jù)。

2 研究區(qū)概況及高分二號衛(wèi)星參數(shù)介紹

2.1 研究區(qū)概況

濟源市位于河南省西北部 ，地處北緯34°53′09″～35°16′50″，東經(jīng)112°01′41″～112°45′46″，全市總面積1931 平方千米,地勢西北高、東南低。濟源市礦產(chǎn)資源豐富，主要有煤炭、石灰?guī)r、鐵礦、銅礦、硫鐵礦、鋁土礦等。人類通過礦山開發(fā)推動了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，但非法開采、無證開采、開采后不修復不治理等導致地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、泥石流等地質(zhì)災害經(jīng)常發(fā)生，影響了當?shù)厝嗣裆詈蜕踩?/p>

2.2 高分二號衛(wèi)星參數(shù)介紹

高分二號衛(wèi)星于2014 年8 月19 日成功發(fā)射，搭載有兩臺高分辨率1 米全色、4 米多光譜相機，標志著我國遙感衛(wèi)星進入亞米級“高分時代”[2]。高分二號衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)如表1 所示，有效載荷技術指標如表2 所示。

表1 高分二號衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)

表2 高分二號衛(wèi)星有效載荷技術指標

3 技術流程

濟源礦山地質(zhì)災害調(diào)查采用內(nèi)外業(yè)結合的方法，按照“內(nèi)業(yè)解譯采集、外業(yè)調(diào)查核實”的原則安排任務，以高分二號衛(wèi)星正射影像為底圖，以歷史收集的礦山位置、地質(zhì)災害數(shù)據(jù)為輔助，采集地質(zhì)災害及隱患點的位置范圍。內(nèi)業(yè)難以識別的區(qū)域標成疑問圖斑，進行外業(yè)實地核查，確保數(shù)據(jù)準確。具體流程如圖1 所示。

3.1 高分二號衛(wèi)星影像處理

3.1.1 數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)處理主要包括原始影像數(shù)據(jù)的優(yōu)選、DEM 及控制資料的整理和格式轉(zhuǎn)換等。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)具有多時相、多分辨率、多云霧、重疊度不均勻等特點,衛(wèi)星影像側視角大小也對成果精度有較大影響，故需提前挑選滿足生產(chǎn)需求的影像：（1）完整、清晰，無大面積噪聲、條紋、云和積雪。（2）盡量避開生長季，植被覆蓋率低人眼更容易識別。（3）優(yōu)先選擇現(xiàn)勢性強的影像。（4）選擇側視角小的影像，如山地、高山地側視角小于20°，平地、丘陵地側視角小于25°。

圖1 遙感解譯技術路線

3.1.2 影像幾何處理和DOM 生產(chǎn)

影像幾何處理利用外業(yè)像控點、高精度DEM 作為基礎數(shù)據(jù)，對全色影像進行區(qū)域網(wǎng)平差、多光譜影像單片配準更新RPC 后，進行正射糾正、影像融合、影像增強、勻色、鑲嵌生產(chǎn)正射影像成果。高分二號DOM 生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖2 高分二號DOM生產(chǎn)流程

3.1.3 質(zhì)量檢查

成果質(zhì)檢依據(jù)外業(yè)控制資料、DOM、DLG 等數(shù)據(jù)，通過人機交互方式對影像生產(chǎn)成果進行幾何精度檢查，包括絕對精度和相對精度。圖面質(zhì)量檢查是否色調(diào)均勻、紋理清楚、層次豐富、無明顯失真，影像是否存在噪聲、模糊、扭曲、錯開、裂縫、漏洞等缺損。

3.2 遙感解譯

不同的地質(zhì)災害在高分二號遙感影像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、影紋結構等均與周圍背景存在區(qū)別[3]。因此，通過人機互動、目視解譯、外業(yè)核實，總結項目區(qū)礦山地質(zhì)災害點的共性，并建立解譯標志，從而完成項目區(qū)已發(fā)生的地質(zhì)災害點和地質(zhì)災害隱患點的調(diào)查。

3.2.1 初步解譯

根據(jù)制作好的遙感影像對調(diào)查區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境點進行初步解譯，了解項目區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境特點和類型，建立解譯標志和解譯影像單元。

3.2.2 地質(zhì)災害形成機理和遙感解譯標志

濟源市礦山地質(zhì)災害主要為地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最為突出。

（1）地面塌陷及地裂縫

地面塌陷主要由煤礦、鐵礦井下開采引起。在煤礦開采區(qū)，地裂縫和地面塌陷往往是伴生的，主要分布在塌陷坑、采區(qū)作業(yè)面四周或塌陷盆地四周和外圍。露天采場和排土場邊坡失穩(wěn)也易引發(fā)卸荷型地裂縫。

遙感影像上地裂縫呈暗色線狀，是地形突變引起光譜差異所致，有平行排列形、折線形和蠕蟲形[4]。其形態(tài)特征有直線形和曲線形。直線形裂縫平直，延伸方向穩(wěn)定；曲線形裂縫呈弧形彎曲，大多由工作面的一側延伸至另一側。植被覆蓋程度越低，地裂縫遙感影像越容易識別，因此，盡量選用植被覆蓋度較低時間段的遙感影像。地面坍塌地裂縫遙感影像如圖3所示，濟煤六礦北部地裂縫如圖4 所示。

圖3 地面坍塌地裂縫遙感影像

圖4 濟煤六礦北部地裂縫

（2）崩塌

崩塌一般發(fā)生在地形切割強烈、巖石破碎的山區(qū)，坡度在45°以上。崩塌在遙感影像上呈弧形、月牙形，深灰色、暗灰色等，后緣或側緣有陰影，有時崩塌壁形成陡坎，受光照方向影響，整個崩塌壁和崩塌體全部或大部分被陰影遮蓋，下方有雜亂崩塌物。崩塌遙感影像如圖5所示，小橫嶺村崩塌毀壞房屋如圖6所示。

圖5 崩塌遙感影像

圖6 小橫嶺村崩塌毀壞房屋

（3）滑坡

濟源市礦區(qū)多為排土場、廢石場滑坡，或因坡腳開挖形成的臨空面引發(fā)滑坡。

在遙感影像上，滑坡呈白色、灰白色等淺色調(diào)，呈規(guī)則的圓弧狀、門狀?；麦w已完全脫離基巖母體下滑，滑坡體呈長條舌狀、扇形狀，并時常推擠河流形成間流段，在堆積層滑坡或基巖滑坡的周界內(nèi)緣常見完整或不完整的弧形拉張谷地，形成左右雙溝同源現(xiàn)象?；逻b感影像如圖7 所示，滑坡現(xiàn)場照片如圖8 所示。

（4）泥石流

濟源礦山泥石流主要是山區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)過程中廢石廢土不合理堆排，暴雨、暴雪或其他自然災害所引發(fā)的特殊洪流，也稱為礦渣型泥石流。在遙感影像上，泥石流的物源區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)分布明顯，流通區(qū)呈不規(guī)則條帶狀，末端有紋理粗糙的堆積物。濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像如圖9 所示。

圖7 滑坡遙感影像

圖8 滑坡現(xiàn)場照片

圖9 濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像

3.2.3 外業(yè)核查和結果分析

整 個項目共解譯出礦山環(huán)境地質(zhì)災害點52 個，其中，對危及礦山設施、城鎮(zhèn)、重要建筑物、交通、村莊等的礦山地質(zhì)災害及其隱患，全部進行外業(yè)核查，核查率100%。經(jīng)過野外核查，確認地質(zhì)災害點41 個，占解譯點的78.8%；地質(zhì)災害現(xiàn)象點11 個，占解譯點的21.2%。

4 結語

利用高分二號衛(wèi)星遙感影像進行礦山地質(zhì)災害調(diào)查，影像分辨率更高，達到亞米級，對地物的識別能力更好，遙感解譯的精度更高，類別更多、更細，能夠為保護礦山環(huán)境以及后期礦山地質(zhì)災害治理提供及時準確的數(shù)據(jù)保障。