基于遙感技術(shù)的礦山地質(zhì)災害危險性評價

陳建明，匡 威，孫衛(wèi)東

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

在礦山領(lǐng)域當中，地質(zhì)災害發(fā)生的主要原因是受到地殼運動的影響，在其運動過程中，巖石圈、水圈等之間形成相互作用。在較為劇烈的作用下，礦山區(qū)域范圍內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境、生物活動、人類生命財產(chǎn)等都會受到一定的威脅和損失，甚至帶來不可挽回的后果發(fā)生。同時，一方面，當前部分地區(qū)人類居住環(huán)境較為惡劣，周圍地質(zhì)條件較差，因此使得潛在的原生地質(zhì)會在外界活動的影響下，出現(xiàn)更加嚴重的災害問題。另一方面，人類在工程活動中人為造成的次生地質(zhì)災害的威脅，使得區(qū)域地質(zhì)災害問題已經(jīng)成為當前國土資源規(guī)劃、城市建設(shè)等決策制定和實施中不可忽視的約束問題之一[1]。當前，針對礦山地質(zhì)災害問題的評價方法仍然停留在主觀評價層面上，并且得出的評價結(jié)果常常會受到評價人員主觀思想的影響，導致結(jié)果與實際存在較大出入問題，無法對后續(xù)礦山建設(shè)和施工提供有利的評價條件。遙感技術(shù)是近幾年被廣泛應用于礦山領(lǐng)域當中的一項技術(shù)手段，其主要作用是利用各類傳感器設(shè)備對距離較遠的目標進行收集、處理和成像。利用該技術(shù)獲取到的遙感影像能夠為礦山建設(shè)提供更加有利的可視化圖像信息，基于此開展礦山地質(zhì)災害危險性評價設(shè)計研究。

1 基于遙感技術(shù)的礦山地質(zhì)災害危險性評價方法設(shè)計

1.1 基于遙感技術(shù)的礦山多源遙感數(shù)據(jù)選取及特征對比

為實現(xiàn)對礦山地質(zhì)災害危險性的準確評價，將利用遙感技術(shù)獲取到的礦山多源遙感數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，針對其具體特征進行分析，從而為后續(xù)礦山地質(zhì)災害危險性指標體系構(gòu)建提供條件。結(jié)合遙感技術(shù)，針對需要進行評價的礦山地質(zhì)，采集36個波段數(shù)據(jù)。在采集過程中，設(shè)置光譜的波長范圍在0.25μm~12.25μm。針對礦山中植被覆蓋區(qū)域可利用NDVI對其覆蓋度進行計算，以此更加詳細地反映植被覆蓋的空間變化趨勢以及空間差異[2]。NDVI的波段為紅外和近紅外兩種類型波段組成，通過對其進行預處理，得到的影響能夠直接反映礦山地表的反射率，以此當波幅變得相對狹小時，可以進一步降低或剔除近紅外波段區(qū)域范圍內(nèi)的水汽吸收而造成多源遙感數(shù)據(jù)選取出現(xiàn)誤差的問題。

通過衛(wèi)星傳感器獲取到的像元值為無量綱化的DN數(shù)值，因此需要對其進行轉(zhuǎn)換，以此得到相應的反射率，其計算公式為：

公式（1）中，β表示為衛(wèi)星傳感器輻射反射率；L表示為輻射亮度數(shù)值；d表示為日地距離；S表示為太陽光譜輻射量；θ表示為太陽與地面之間的夾角。完成對礦山多源遙感數(shù)據(jù)的選取，選取情況如下圖所示，選擇出可能影響礦山地質(zhì)災害危險性的因素。結(jié)合得到的遙感影像數(shù)據(jù)，對礦山植被覆蓋區(qū)域和其他地物進行區(qū)分，通常情況下，近紅外反射率在0.73μm~1.25μm范圍以內(nèi)，通過上述計算，將在這一范圍內(nèi)數(shù)據(jù)對應的遙感影像作為植被覆蓋特征[3]。同時，不同植被在近紅外波段都有著較高的反射，植被的郁閉度越大，則相應的近紅外波段的反射也越大，反之同理。其次，根據(jù)遙感技術(shù)得到的地物波譜特征及特點，大部分造巖礦物的識別率均較高，大致在1.62μm~1.72μm范圍以內(nèi)，同時近紅外波段與礦山礦床的分布特征之間也有著直接的關(guān)聯(lián)。在對礦山地質(zhì)是否存在斷裂帶進行判斷時，綜合遙感影像、礦山巖性、水系標志等對其進行綜合判斷和分析。

圖1 礦山遙感數(shù)據(jù)選取圖

1.2 構(gòu)建礦山地質(zhì)災害危險性指標體系

在上述礦山多源遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析影響礦山地質(zhì)災害危險性的因素，按照層次分析，將評價指標體系劃分為三個層次，其中目標層為礦山地質(zhì)災害危險性評價，因素層包括基礎(chǔ)因素和誘發(fā)因素兩種，第三層包含八個影響危險性的因子，即坡度、斷層距離、坡向、巖性、植被、河網(wǎng)距離、降雨、人類工程活動。運用敏感型指數(shù)分析法確定各個因子的災害敏感性指數(shù)，其公式為：

公式（2）中，I表示為某一評價因子的災害敏感性指數(shù)；Pij(G)和Pij(L)表示為某一評價因子i的j個屬性類當中災害危險性隱患點的柵格數(shù)和不存在災害危險性隱患點的柵格數(shù)；Pi(G)表示為某一評價因子i當中所有災害點柵格個數(shù)；Pi(L)表示為某一評價因子i當中所有無災害隱患點的柵格個數(shù)。在實際應用該評價方法時，可將各個因子的災害敏感性指數(shù)作為其相應的權(quán)重，以此實現(xiàn)對危險性的量化評價。

1.3 基于模糊綜合法的地質(zhì)災害危險性區(qū)劃

為了更加清晰地明確不同區(qū)域的災害危險性情況，對其按照危險性嚴重程度劃分為低、中、高三個等級針對危險性等級與評價因子呈正相關(guān)分布的特點，結(jié)合模糊綜合法得到無量綱化公式為：

公式（3）中，K表示為無量綱化結(jié)果；X表示為分級代表值；maxY表示為評價的最大臨界值。根據(jù)得出的K值，將0~0.2范圍作為高危險性區(qū)域；將0.2~0.8范圍作為中危險性區(qū)域；將0.8~1.0范圍作為低危險性區(qū)域。將其相應函數(shù)繪制如圖2所示。

圖2 三種不同地質(zhì)災害危險性函數(shù)圖像

圖2中U1表示為低危險性函數(shù)；U2表示為中危險性函數(shù)；U3表示為高危險性函數(shù)。橫坐標為經(jīng)過無量化后參評因子的數(shù)值；縱坐標為相應的評價因子隸屬度數(shù)值。在實際評價過程中，與定量化的評價指標存在一定區(qū)分，可采用經(jīng)驗取值法對各個評價指標進行定性，完成對地質(zhì)災害危險性區(qū)劃。

2 兩種評價方法應用效果對比分析

本文通過上述論述，在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上，對礦山地質(zhì)災害危險性評價方法進行理論設(shè)計，為了進一步驗證該方法在實際礦山環(huán)境當中的應用效果，選擇以某地區(qū)礦山作為依托，針對其礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災害危險性進行評價。設(shè)置本文基于遙感技術(shù)的評價方法為實驗組，傳統(tǒng)基于專家可信度的評價方法為對照組。已知被評價礦山長期處于干旱少雨狀態(tài)，每年平均降水量約為400mm，并且由于長時間處于陽光照射狀態(tài)下，蒸發(fā)量較大，具有典型的中溫帶半干旱大陸性氣候類型的特點。該礦山地形總體呈現(xiàn)出南高、北低的特點，其最高位置的海拔可以達到1523m，最低位置的海拔為1023m，平均海拔高度為1235.25m。該礦山地質(zhì)以粉沙、粉土為主，水土流失十分嚴重。分別利用實驗組評價方法和對照組評價方法對該礦山地質(zhì)災害的危險性進行評價。將該礦山按照東、南、西、北、東南、東北、西南、西北劃分為八個不同區(qū)域，分別得出實驗組和對照組對上述八個不同區(qū)域的危險性評價結(jié)果，并將評價結(jié)果代入到如下公式當中，對地質(zhì)災害發(fā)生頻率進行計算：

公式（4）中，γ表示為地質(zhì)災害發(fā)生頻率；iK表示為實驗組或?qū)φ战M評價方法得出的評價結(jié)果；D表示為地質(zhì)災害危險性評價包含天數(shù)。根據(jù)上述公式，計算得出8個區(qū)域地質(zhì)災害頻率，并將結(jié)果記錄如表1所示。

表1 實驗組與對照組地質(zhì)災害頻率預測結(jié)果對比表

從表1得出的三組數(shù)據(jù)可以看出，在8個不同區(qū)域上，實驗組得出的值明顯比對照組更加接近于實際數(shù)值。因此通過實驗證明本文引入遙感技術(shù)后的評價方法得出的評價結(jié)果精度更高，與實際更相符，可為地質(zhì)災害的準確預測提供條件。

3 結(jié)語

針對當前傳統(tǒng)評價方法在實際應用中存在的諸多問題，本文引入遙感技術(shù)，開展對礦山地質(zhì)災害危險性評價方法的優(yōu)化設(shè)計研究。通過研究提出一種全新的評價方法，并通過實驗證明了該方法的應用價值。在后續(xù)的研究中還將針對更多影響礦山地質(zhì)災害危險性的因素進行更加全面分析，從而不斷提高評價的綜合性，進一步提高評價結(jié)果的準確性。