遙感影像空間分辨率對礦山地面形變監(jiān)測信息提取的影響研究

孫鳳娜

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272000）

礦產(chǎn)資源是促進(jìn)國家發(fā)展的原始材料，它承擔(dān)了80%的工業(yè)原料，也是全部工業(yè)生產(chǎn)的能量來源，而且70%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也與礦產(chǎn)資源息息相關(guān)，所以礦產(chǎn)資源是一個(gè)國家的命脈[1]。現(xiàn)代化工業(yè)強(qiáng)國的最顯著特征就是對礦產(chǎn)資源的合理運(yùn)用。我國的礦產(chǎn)資源雖然豐富但人均占有量小，且由于過度的開發(fā)和礦山環(huán)境保護(hù)工作開展的過晚，導(dǎo)致了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生[2]。生態(tài)系統(tǒng)被嚴(yán)重破壞的礦區(qū)易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和猛烈的沙風(fēng)暴等自然災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著人類的財(cái)產(chǎn)與安全問題[3]，所以針對礦山環(huán)境改造技術(shù)的研究工作迫在眉睫。本文重點(diǎn)研究了遙感技術(shù)中影像空間分辨率的作用，為提高礦山的治理工作提供了理論基礎(chǔ)。遙感技術(shù)的加入大大提高了監(jiān)測礦山地理特征的工作效率。遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代在美國首次應(yīng)用于礦山環(huán)境治理的新型探測技術(shù)。其主要工作原理為：依據(jù)電磁破的理論，通過人造衛(wèi)星、無人機(jī)或其他飛行器發(fā)射電磁波信號來收集、處理礦山的地理特征并已圖像的形式呈現(xiàn)出來，從而幫助施工人員了解所測區(qū)域的地理特征，以便制定出合理的防治方案。遙感技術(shù)中調(diào)節(jié)其設(shè)備中遙感影像空間分辨率可以促進(jìn)形成三維圖像，并將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而更有效服務(wù)于礦山環(huán)境的治理工作。

1 遙感影像空間分辨率對礦山地面變監(jiān)信息提取的影響分析

遙感技術(shù)在對礦山地面的監(jiān)測工作中對獲取圖像的要求，并不向日常的攝影那樣選擇最清晰的照片。由于不同的礦山具有不同的地表特征需要考察的重點(diǎn)也不同。所以圖像空間分辨率的選擇需要根據(jù)環(huán)境的需求來隨時(shí)調(diào)整。因?yàn)槿梭w肉眼的分辨率為0.3mm，所以為了確保工作人員能準(zhǔn)確的應(yīng)用信息，其圖像分辨率應(yīng)具體需要不斷的調(diào)節(jié)。合理的遙感影像空間分辨率對信息提取中數(shù)據(jù)數(shù)模和屬性數(shù)據(jù)賦值方面也具有顯著作用，便于我們得到最佳的地面變監(jiān)信息，有利于礦區(qū)的治理工作。

1.1 遙感影像空間分辨率對信息提取中數(shù)據(jù)建模方面的影響分析

在沒有遙感技術(shù)的時(shí)候，對礦山地面采用傳統(tǒng)的二維繪圖模式來提取數(shù)據(jù)，即把各種地理要素投影到平面上去。這種傳統(tǒng)的處理方法會(huì)導(dǎo)致第三維方向上的幾何空間位置信息和部分語意信息的局部丟失，不能完全的反應(yīng)出所測地帶的全部地理特征。而遙感技術(shù)就可以通過遙感DOM影像作為紋理映射來合理的改變其影像空間分辨率，從而實(shí)現(xiàn)對礦山地面建立可靠的三維效果模型，其步驟如下：首先采用1:5000的地形圖繪制礦山地面的平面圖；其次應(yīng)用MapGIS軟件對平面圖進(jìn)行掃描和矢量化處理；然后將處理結(jié)果導(dǎo)入ESRI軟件中，應(yīng)用DOM影像對比平面圖中的虛擬礦區(qū)地形進(jìn)行紋理映貼圖處理，即把平面圖中影響紋理空間的點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系確定出來；從而得到具有全部礦山地理特征的三維圖像，為進(jìn)一步屬性數(shù)據(jù)的運(yùn)算提供了圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 遙感影像空間分辨率對信息提取中屬性數(shù)據(jù)賦值方面的影響分析

對礦山三維圖像數(shù)據(jù)的屬性賦值工作首要問題就是如何將圖像數(shù)據(jù)數(shù)量化，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)更加直觀，便于理解。這其中遙感影像空間分辨率變化的具體像素?cái)?shù)值，是圖像向數(shù)字化轉(zhuǎn)變的唯一定量參考值。根據(jù)此項(xiàng)參考數(shù)據(jù)，并結(jié)合繪制出的三維效果圖先通過大氣定量方法來獲取圖像數(shù)據(jù)中的接受的單個(gè)振幅的具體長度，再利用正射定量方法來融合各光譜圖像的特征值并繪制成特征向量并計(jì)算出總振幅誤差值，從而應(yīng)用于礦山的治理工作。大氣定量主要運(yùn)用FLASH算法來完成其公式如下：

式中：L表示遙感器接受到的單個(gè)振幅長度；θ表示為貼圖過程的紋理反射率；θi表示為該紋理反射率與DOM效果反射率的平均值；L0表示為原始振幅長度；A、B表示為大氣條件決定的系數(shù)。其應(yīng)用的基本原理是：計(jì)算出基于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三維效果圖對于單項(xiàng)光譜輻射亮度的單個(gè)振幅長度。正射定量方法則是根據(jù)繪制的三維效果圖建立空間直角坐標(biāo)系，并利用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小和統(tǒng)計(jì)學(xué)中VC算法，對直角坐標(biāo)系進(jìn)行合理的屬性數(shù)據(jù)賦值，其中應(yīng)用的公式如下所示。

空間直角坐標(biāo)系的表達(dá)式：

式中：（a,b,c）為數(shù)據(jù)歸一化的地理坐標(biāo)；X、Y、Z表示為長寬高三維地理數(shù)據(jù)。建成的特定空間直角坐標(biāo)圖，如圖1所示。

圖中較大的圓圈是以大氣條件決定系數(shù)A為半徑建立的，較小的圓圈是以大氣條件決定系數(shù)B為半徑建立的，內(nèi)部空間坐標(biāo)系即為通過三維效果圖整理出賦值屬性數(shù)據(jù)VC算法作為空間約束條件下的運(yùn)算公式如下所示：

式中Bias表示為總振幅誤差值；θ；θi；L0，表示所賦予的數(shù)值與公式1中完全相同。

圖1 數(shù)據(jù)賦值處理特定直角坐標(biāo)系

2 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了遙感技術(shù)中遙感影像空間分辨率在礦山防治中監(jiān)測環(huán)節(jié)的應(yīng)用。遙感影像空間分辨率可以將傳統(tǒng)的二維平面圖轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維效果圖，為礦石的治理工作提供了原始數(shù)據(jù)，并完成了圖像數(shù)據(jù)向數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)型的起點(diǎn)工作，為礦山環(huán)境的治理工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，為國家環(huán)境保護(hù)工作的發(fā)展做出了不少的貢獻(xiàn)。