遙感影像在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理方面的應(yīng)用關(guān)鍵思路分析

趙紫威，蘇 然

（1.河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河北 石家莊 050021；2.河北省水文工程地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的快速提高，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步成熟完善，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，特別是在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。礦山地質(zhì)環(huán)境往往較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式不僅操作難度大，而且難以有效覆蓋礦山區(qū)域。通過(guò)遙感技術(shù)的應(yīng)用能夠全面高效的采集礦山區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影像信息，且遙感影像具有較高的分辨率，能夠客觀準(zhǔn)確的反映礦山地質(zhì)環(huán)境特征，因此在監(jiān)測(cè)礦山地質(zhì)環(huán)境變化工作中可以發(fā)揮重要的作用。同時(shí)，遙感影像也可以應(yīng)用于礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作，其能夠?yàn)榈V山地質(zhì)環(huán)境治理效果的判斷評(píng)價(jià)提供可靠的參考依據(jù)。因此在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作中應(yīng)積極探索遙感影像的應(yīng)用，進(jìn)一步拓展遙感影像的應(yīng)用途徑，為礦山行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 概述礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理

（1）常見(jiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題分析。在礦山的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，威脅相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。在礦山開(kāi)采時(shí)由于破壞了山體覆蓋植被，使得山體表層土壤嚴(yán)重流失，這是引發(fā)滑坡災(zāi)害的重要誘因之一[1]。而礦山在開(kāi)采過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物，而廢棄物一旦堆放不當(dāng)也會(huì)在降雨等客觀因素的影響下發(fā)生坍塌，進(jìn)而誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，在礦山開(kāi)采過(guò)程中，不同的開(kāi)采作業(yè)方式對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響也存在一定的差異。例如井工開(kāi)采方式會(huì)對(duì)礦山區(qū)域的地下水分布、地質(zhì)層的平衡性等產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，而在露天開(kāi)采礦山的作業(yè)過(guò)程中則主要對(duì)地表地貌特征等造成破壞。此外，礦山開(kāi)采還可能造成巖層出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題，這些都會(huì)對(duì)礦山生產(chǎn)安全產(chǎn)生不利的影響，并破壞自然環(huán)境，因此需要對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握礦山地質(zhì)環(huán)境特征以及其變化情況，從而采取相應(yīng)的治理措施。

（2）監(jiān)測(cè)治理礦山地質(zhì)環(huán)境工作內(nèi)容分析。在對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，主要是全面采集礦山和其周邊地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)，并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，再對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)環(huán)境。在礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作中需要確保數(shù)據(jù)信息采集的全面性、準(zhǔn)確性以及時(shí)效性，這樣才能根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取相應(yīng)的治理措施。由于遙感影像具有較高的分辨率，而且遙感技術(shù)能夠?qū)ΦV山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行連續(xù)性的觀測(cè)，可以利用遙感影像進(jìn)行時(shí)空對(duì)比分析，因此要積極探索遙感影像在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理方面的應(yīng)用途徑。

2 監(jiān)測(cè)治理礦山地質(zhì)環(huán)境工作中遙感影像應(yīng)用分析

（1）應(yīng)用遙感影像監(jiān)測(cè)礦山崩塌隱患。在露天礦山中往往會(huì)由于過(guò)度開(kāi)采而使陡峭懸崖以及山坡在自身重力等客觀因素的影響下出現(xiàn)土層滾落、崩塌等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，因此必須積極應(yīng)用遙感影像等先進(jìn)技術(shù)及時(shí)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在遙感影像中，如有礦山崩塌現(xiàn)象存在時(shí)，圖像邊緣會(huì)呈現(xiàn)直線(xiàn)或弧線(xiàn)特征，同時(shí)在遙感影像中還可以根據(jù)成像顏色的深淺來(lái)反映礦山的背光坡或向陽(yáng)坡，通常成像較深的為背光坡，而成像較淺的部分則為向陽(yáng)坡[2]。目前在礦山崩塌監(jiān)測(cè)中大多是以TM圖像以及ETM成像圖為判斷依據(jù)，不過(guò)這兩類(lèi)圖像在顯示山體崩塌區(qū)域方面存在一定局限性，因此還應(yīng)結(jié)合SPOT5等圖像的綜合應(yīng)用，使影像資料能夠更加明顯的顯示礦山崩塌區(qū)域邊界線(xiàn)，從而為礦山崩塌監(jiān)測(cè)以及判斷提供更加清晰準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

（2）應(yīng)用遙感影像監(jiān)測(cè)礦山采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境變化。為了加強(qiáng)對(duì)礦山采空區(qū)的監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)塌陷等問(wèn)題，應(yīng)積極應(yīng)用遙感圖像等先進(jìn)技術(shù)方法，以保證礦山生產(chǎn)作業(yè)安全。在遙感影像中能夠清晰呈現(xiàn)礦山采空區(qū)塌陷情況，塌陷區(qū)在遙感影像中往往呈環(huán)形斑點(diǎn)或者橢圓形特征。在TM影像中還能夠以明暗變化客觀反映礦山采空區(qū)不同的塌陷深度以及不同礦物元素含量等信息。在應(yīng)用遙感圖像對(duì)礦山采空區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)塌陷區(qū)與周邊區(qū)域在地質(zhì)環(huán)境特征上的差異性選擇闕值法等圖像信息采集方法提取相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合SPOT213和全色波段等方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，以獲得清晰度較高的遙感影像，從而為礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作提供更加客觀準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

（3）應(yīng)用遙感影像監(jiān)測(cè)礦山地質(zhì)環(huán)境污染情況。在礦山開(kāi)采過(guò)程中，往往會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重的擾動(dòng)，同時(shí)礦山在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢渣以及廢水廢氣等廢棄物也會(huì)直接影響礦山區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，因此這也是礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在礦山污染監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)積極應(yīng)用遙感影像及時(shí)掌握礦山地質(zhì)環(huán)境的變化。當(dāng)有暗紅色以及亮白色等明顯斑點(diǎn)出現(xiàn)在TM543成像圖上時(shí)，說(shuō)明該礦山區(qū)域可能存在粉塵污染物，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的治理防控措施。同時(shí)，在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中還可以根據(jù)SPOT5光譜圖監(jiān)測(cè)礦山區(qū)域的廢水排放情況，該類(lèi)圖像能夠較為準(zhǔn)確的反映水體所含化合物的不同，為減少礦山水體污染等礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作提供重要的參考基礎(chǔ)。

（4）應(yīng)用遙感影像監(jiān)測(cè)礦山地貌景觀變化。通過(guò)遙感影像能夠準(zhǔn)確清晰的呈現(xiàn)礦山在開(kāi)采作業(yè)時(shí)對(duì)自然山體地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)情況，在遙感影像中既能夠顯示基巖裸露情況，也可以顯示植被的破壞情況，同時(shí)還能夠?qū)ΦV山周邊區(qū)域的人類(lèi)居住環(huán)境是否受到礦山開(kāi)采活動(dòng)的影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此遙感圖像在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)部門(mén)應(yīng)根據(jù)遙感影像中反饋的礦山地質(zhì)環(huán)境變化情況采取有針對(duì)性的治理防控措施，以減少礦山生產(chǎn)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的影響，促進(jìn)礦山行業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。

（5）應(yīng)用遙感影像監(jiān)測(cè)礦山地質(zhì)災(zāi)害。在礦山開(kāi)采過(guò)程中由于對(duì)自然地質(zhì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，因此往往會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，對(duì)相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。為了準(zhǔn)確全面的掌握礦山地質(zhì)環(huán)境變化情況，及時(shí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)的判斷以及預(yù)測(cè)，應(yīng)在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作中積極應(yīng)用遙感影像等數(shù)據(jù)資料，以了解礦山區(qū)域山體以及巖體是否存在滑坡泥石流、裂縫以及地表變形塌陷等情況。以泥石流災(zāi)害的監(jiān)測(cè)評(píng)估為例，應(yīng)綜合利用453以及741波段的ETM、TM成像圖，并對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)比度和色彩強(qiáng)化處理，以便更加準(zhǔn)確的識(shí)別礦山是否存在泥石流災(zāi)害發(fā)生隱患，從而及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為礦區(qū)人員設(shè)備的安全提供更加可靠的保證。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理中遙感影像應(yīng)用要點(diǎn)分析

在應(yīng)用遙感影像開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確掌握遙感影像采集處理方法，嚴(yán)格控制遙感影像精度，為礦山地質(zhì)環(huán)境信息的解譯提供便利條件。目前在采集遙感影像時(shí)主要通過(guò)衛(wèi)星以及相關(guān)飛行器作為數(shù)據(jù)采集平臺(tái)對(duì)礦山區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境、地形地貌等進(jìn)行拍攝。近年來(lái)隨著我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟完善，無(wú)人機(jī)逐步成為了遙感影像信息采集的重要平臺(tái)基礎(chǔ)之一。當(dāng)完成遙感影像數(shù)據(jù)的采集后，還應(yīng)再利用專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集影像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，確保遙感影像治理能夠滿(mǎn)足信息提取要求。在完成各種礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境影像信息的解譯提取后，還應(yīng)根據(jù)外業(yè)實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行驗(yàn)證分析，以便為礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作提供準(zhǔn)確全面的參考依據(jù)。

（1）遙感影像校正處理。在應(yīng)用遙感影像進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理時(shí)，應(yīng)對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正輻射處理，以減少遙感影像誤差，確保遙感影像的成像時(shí)間以及分辨率等能夠達(dá)到實(shí)際需要。在輻射校正處理中可以根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)以及遙感影像的具體情況采用相對(duì)或者絕對(duì)輻射校正等處理方式。

（2）遙感影像融合處理。在對(duì)遙感影像進(jìn)行融合處理時(shí)，主要是通過(guò)光譜信息處理、紋理處理以及空間分辨率處理等多種技術(shù)方式對(duì)不同成像方式加以融合，以提高遙感影像清晰度。在影像融合處理時(shí)可以采用多波段融合方式處理遙感影像數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)則可以選擇HIS變換法，以確保遙感影像光譜特征清晰明顯，能夠具有較高的實(shí)用價(jià)值。

（3）提取遙感影像信息。在通過(guò)遙感影像進(jìn)行信息提取時(shí)，主要是根據(jù)遙感影像中所呈現(xiàn)的幾何形態(tài)以及紋理變化等進(jìn)行解譯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山建筑、開(kāi)采面以及廢棄物堆積等各類(lèi)地表類(lèi)型特征的提取以及描述。在解譯遙感影像時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)合理選擇紋理圖案、空間關(guān)系、形狀大小、空間位置、陰影以及色調(diào)等標(biāo)志，并科學(xué)應(yīng)用解譯方法，以確保解譯準(zhǔn)確客觀。在解譯礦山地質(zhì)環(huán)境時(shí)要準(zhǔn)確把握不同類(lèi)型影像特征，例如在區(qū)別礦山廢石渣以及排土場(chǎng)時(shí)，二者在顏色上存在一定的區(qū)別，較為明亮的應(yīng)為排土場(chǎng)，而呈灰色或較暗色調(diào)的則是廢石渣。同時(shí)，排土場(chǎng)堆積體多呈平整頂部特點(diǎn)，且影像質(zhì)感較為平滑，范圍大小存在差異，位置與采礦場(chǎng)較為接近；而廢石渣堆位置則多位于斜坡或者溝谷等位置，其影像成長(zhǎng)條或者不規(guī)則塊狀特點(diǎn)，質(zhì)感較為粗糙。在完成對(duì)遙感影像的解譯以及信息提取后，還應(yīng)結(jié)合外業(yè)作業(yè)進(jìn)行驗(yàn)證核對(duì)，以確保信息提取準(zhǔn)確無(wú)誤。

4 總結(jié)

利用遙感技術(shù)所獲取的遙感影像具有較高的時(shí)效性和分別率，能夠更加高效全面的反映礦山地質(zhì)環(huán)境特征以及地質(zhì)環(huán)境變化，因此在遙感影像在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為了更加及時(shí)準(zhǔn)確的掌握礦山地質(zhì)環(huán)境情況，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境治理效果進(jìn)行科學(xué)客觀的判斷分析，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)遙感影像在礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作中的推廣應(yīng)用，并熟練掌握遙感影像應(yīng)用要點(diǎn)，從而為礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理提供全面、可靠的參考依據(jù)。