錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境治理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料提取方法研究

李錦華

（山西錦明科技有限公司，山西 臨汾 041000）

0.引言

錫林郭勒草原礦區(qū)位于錫林郭勒盟東部大興安嶺南段西坡，地處遼闊草原腹部。解譯區(qū)為白音華礦區(qū)，位于錫林郭勒草原東部西烏珠穆沁旗東北部。白音華礦區(qū)為正在生產(chǎn)的中型煤礦，開(kāi)采方式主要為露天開(kāi)采。造成的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要有采場(chǎng)、廢渣堆、排土場(chǎng)等的占地，造成土地資源浪費(fèi)、水土流失等，亟需掌握白音華礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀。

本文以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù)，采用多時(shí)相高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，以室內(nèi)解譯為主、野外調(diào)查驗(yàn)證為輔的方法提取錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化信息，綜合分析研究礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，最終形成遙感解譯報(bào)告，為礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

1.衛(wèi)星遙感影像處理

衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)處理流程主要包括區(qū)域網(wǎng)平差、正射校正、影像融合、影像鑲嵌、影像分幅等，具體工作流程（如圖1 所示）：

圖1 遙感數(shù)據(jù)處理工作流程圖

1.1 區(qū)域網(wǎng)平差與正射校正

在進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差時(shí)，首先，通過(guò)在衛(wèi)片上選取一些地面控制點(diǎn)，并利用原來(lái)已經(jīng)獲取的該衛(wèi)片范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，進(jìn)行有理函數(shù)的區(qū)域網(wǎng)整體平差，得到精化后的RPC。對(duì)經(jīng)過(guò)區(qū)域網(wǎng)平差的全色影像和多光譜影像利用精化后的有理多項(xiàng)式及DEM 進(jìn)行正射校正，從而提高校正精度。影像區(qū)域網(wǎng)平差和正射校正處理流程（如圖2 所示）：

圖2 區(qū)域網(wǎng)平差和正射校正流程圖

1.2 數(shù)據(jù)融合

本項(xiàng)目主要采用HPF 法進(jìn)行全色和多光譜的數(shù)據(jù)融合。HPF 方法與其他融合方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）HPF 變換法對(duì)光譜特征的扭曲較小，具有較好的空間分辨率。

（2）HPF 融合結(jié)果圖像，在細(xì)節(jié)上清晰度增強(qiáng)，能更好地保留影像的光譜特征。

（3）采用HPF 方法得到的合成影像，使采場(chǎng)、排土場(chǎng)、廢石堆、礦山建筑、固體廢棄物、尾礦庫(kù)等地物的邊緣規(guī)則、清晰。

1.3 影像鑲嵌

鑲嵌過(guò)程中，在相鄰兩個(gè)重疊區(qū)域內(nèi)，按照一定的規(guī)則選擇。同時(shí)，為了能夠修正鑲嵌影像在拼接縫附近的灰度（或顏色），使之在接縫處的灰度（或顏色）有一個(gè)光滑的過(guò)渡，不產(chǎn)生突變效應(yīng)，需要對(duì)兩幅影像的重疊區(qū)域做羽化處理，從而接邊線變得相當(dāng)模糊，能夠很好地融入圖像中；為了避免由于鑲嵌圖像顏色不一致而影響鑲嵌的結(jié)果，采用顏色平衡的方法，以一幅圖像為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)各鑲嵌圖像的直方圖，以整幅基準(zhǔn)圖像或者重疊區(qū)域的直方圖為基準(zhǔn)，采用直方圖匹配法匹配其他鑲嵌圖像，使得鑲嵌圖像具有相似的灰度特征。

2.遙感解譯

2.1 解譯原則

（1）從已知到未知，先易后難，先整體后局部，先宏觀后微觀的原則。

（2）盡可能采用多源、多時(shí)相、多分辨率的航天遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解譯。

（3）室內(nèi)遙感解譯與野外調(diào)查相結(jié)合的原則，解譯初期通過(guò)野外實(shí)地踏勘，掌握解譯對(duì)象的野外特征及其影像特征，初步建立解譯對(duì)象的解譯標(biāo)志。解譯過(guò)程中對(duì)難以判定的目標(biāo)進(jìn)行野外補(bǔ)充調(diào)查，并不斷完善解譯標(biāo)志。在遙感解譯后期則要通過(guò)野外驗(yàn)證來(lái)對(duì)各種因素造成的解譯偏差進(jìn)行校對(duì)及糾錯(cuò)，以保證項(xiàng)目成果的可信度。

（4）遙感信息與常規(guī)資料相結(jié)合的原則。

（5）遙感解譯以目視解譯、人機(jī)交互解譯為主，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別提取為輔。

2.2 解譯方法

礦山遙感監(jiān)測(cè)需要解譯的對(duì)象種類繁多，類型復(fù)雜，應(yīng)遵循“從已知到未知、先易后難、逐步深入”的原則，充分利用各種分析推理方法進(jìn)行解譯。常用的方法有：直接判讀法、歷史對(duì)比法、信息綜合法、綜合推理法、地理相關(guān)分析法。上述方法在具體工作中可結(jié)合實(shí)際情況靈活、綜合應(yīng)用，在某一解譯過(guò)程中，某一方法可以占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.3 解譯流程

2.3.1 熟悉資料、初步宏觀解譯及野外踏勘

2.3.2 詳細(xì)解譯

根據(jù)野外踏勘建立的解譯標(biāo)志，分析不同地物的波譜特征，并將解譯對(duì)象在圖像上所顯示的波譜特征與光譜庫(kù)中的相應(yīng)光譜曲線進(jìn)行對(duì)比分析，依據(jù)影像的色調(diào)、形狀、大小、陰影、紋理、圖案、布局、位置等要素建立地物原型與影像模型之間的直接解譯標(biāo)志，并運(yùn)用相關(guān)分析法建立間接解譯標(biāo)志。解譯手段，以目視解譯、人機(jī)交互解譯為主，對(duì)光譜特征獨(dú)特的地物用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取的方式，兩者結(jié)合，對(duì)礦山地物類型、礦山地質(zhì)災(zāi)害及恢復(fù)治理工程等進(jìn)行全面解譯，完善解譯標(biāo)志。

2.4 影像特征

結(jié)合以往遙感解譯及實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果，本項(xiàng)目得到不同礦山地物的影像特征，現(xiàn)列舉如下：

2.4.1 露天采場(chǎng)

露天采場(chǎng)采坑道路發(fā)育，坑底作業(yè)形跡清晰，形態(tài)與周?chē)h(huán)境對(duì)比鮮明，易于判別（如圖3 所示）：

2.4.2 尾礦庫(kù)

尾礦庫(kù)一側(cè)成直線型，一般為壩體，一側(cè)為礦渣和水體，尾礦顏色明顯與周?chē)煌ㄈ鐖D4 所示）：

圖3 露天采場(chǎng)影像特征（SPOT-5）

圖4 尾礦庫(kù)影像特征（高分一號(hào)）

圖5 煤矸石堆（左）及礦山恢復(fù)治理工程（右）影像特征（GeoEye-1）

2.4.3 煤矸石堆

煤礦區(qū)分布有多處大型煤矸石堆，在標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像上與周?chē)匚锷{(diào)差異明顯，在形態(tài)上呈現(xiàn)出明顯的倒錐形（如圖5-（左）所示）：

2.4.4 礦山環(huán)境恢復(fù)與治理工程

礦山環(huán)境恢復(fù)治理工程主要可分為排土場(chǎng)植被恢復(fù)和開(kāi)采廢石再處理兩種類型。排土場(chǎng)植被恢復(fù)區(qū)域在影像上表現(xiàn)為人工紋理較強(qiáng)的綠地，與周?chē)烊恢脖粎^(qū)別明顯（如圖5-（右）所示）：

2.5 錫林郭勒草原礦區(qū)遙感影像解譯

2.5.1 礦山開(kāi)發(fā)占地

分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的開(kāi)發(fā)占地，包括采場(chǎng)、排土場(chǎng)、礦山建筑、固體廢棄物、尾礦庫(kù)等的分布位置、分布面積。對(duì)比分析錫林郭勒草原礦山開(kāi)發(fā)占地變化情況。

2.5.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害

分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的地質(zhì)災(zāi)害，具體包括地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等的分布位置、分布范圍、規(guī)模、發(fā)育特征和危害對(duì)象。

2.5.3 礦山環(huán)境恢復(fù)治理

分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的恢復(fù)治理工程和地質(zhì)災(zāi)害治理工程的分布位置、分布面積等，并綜合分析恢復(fù)治理效果。

3.動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目對(duì)比分析不同時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果，分析研究各工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。并運(yùn)用多期遙感影像數(shù)據(jù)（或波段）的運(yùn)算和操作（空間歐氏距離法、PCA、影像代數(shù)法和變化向量法等），實(shí)現(xiàn)工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。

為了更形象的突出礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)治理工程的現(xiàn)狀信息，還以柱狀圖、餅狀圖等多種形式分析研究錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境治理不同年度間面積的動(dòng)態(tài)變化情況、恢復(fù)治理效果等。

4.結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目主要研究成果包括：

4.1 遙感影像圖

在對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上，按照錫林郭勒草原礦山分布的范圍，編制形成1∶10000 遙感影像圖。

4.2 遙感監(jiān)測(cè)圖

對(duì)高分辨率遙感影像圖進(jìn)行淡化處理，并以此為底圖，疊覆基準(zhǔn)年的礦業(yè)占地圖斑、礦山地質(zhì)災(zāi)害圖斑及礦山地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害恢復(fù)治理工程圖斑，形成礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)圖。

4.3 成果報(bào)告

在綜合分析內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒草原礦山各類地質(zhì)資料、礦產(chǎn)資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合遙感解譯結(jié)果，編制錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式研究報(bào)告。

開(kāi)展礦產(chǎn)資源集中開(kāi)采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，應(yīng)用遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)和全球定位技術(shù)，利用多種遙感平臺(tái)多種類、多時(shí)相遙感影像，然后在野外實(shí)地建立遙感解譯標(biāo)志，對(duì)影像進(jìn)行全面解譯分析，形成礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)圖。最終查明集中開(kāi)采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，掌握礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，為今后連續(xù)開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)，也為區(qū)域地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、礦山地質(zhì)環(huán)境治理等提供基礎(chǔ)資料。