遙感技術(shù)在礦山生態(tài)修復調(diào)查中的應用研究

張超帆

（江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊 江西九江 332000）

經(jīng)濟高速發(fā)展讓我國近幾十年對礦山的開采力度不斷增加，礦山資源的大量開發(fā)導致我國出現(xiàn)了很多廢棄礦山，由于廢棄礦山并不利于生態(tài)環(huán)境保護，所以，要在生態(tài)修復理念下對廢棄礦山的環(huán)境問題進行治理，以此來為我國環(huán)境事業(yè)的長期發(fā)展奠定基礎。因此，有必要對遙感技術(shù)在礦山生態(tài)修復調(diào)查中的應用進行分析，以此來讓礦山生態(tài)修復調(diào)查工作的開展變得更加順利。

1 遙感技術(shù)分析

遙感技術(shù)是以電磁波為核心的一種探測方式。電磁波作為人類很早以前便已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能量形式，不同物體在反射電磁波時存在明顯差異，通過對電磁波的物體反射信號進行采集，可以遠距離借助電磁波信號來實現(xiàn)對物體的識別。因此，在現(xiàn)代地質(zhì)測繪中，遙感技術(shù)的發(fā)展速度非常快，借助遙感技術(shù)，可以有效獲取地質(zhì)測量區(qū)域內(nèi)的當前情況。在科技高速發(fā)展的今天，遙感成像主要以數(shù)字成像為主，即利用衛(wèi)星對測區(qū)物體進行拍攝后，將所有采集到的數(shù)據(jù)輸入到信息設備中，然后，以數(shù)字成像的方式來直觀表現(xiàn)出測區(qū)的實際情況［1］。需要注意的是，在使用遙感技術(shù)時，由于拍攝點高度、采集方式存在差異性，所以，圖像分辨率往往各有不同，只有借助遙感技術(shù)獲取具有足夠分辨率的成像數(shù)據(jù)，才能在礦山生態(tài)修復調(diào)查中發(fā)揮出遙感技術(shù)的真正價值。

2 礦山生態(tài)修復調(diào)查中礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯分析

利用遙感技術(shù)進行礦山生態(tài)修復調(diào)查的主要目的是分析礦山測區(qū)的當前環(huán)境，即借助遙感技術(shù)的測繪優(yōu)勢來獲取礦山地質(zhì)信息，以此來為礦山生態(tài)修復提供足夠精準的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

2.1 礦山地質(zhì)遙感解譯

在遙感技術(shù)的使用過程中，可以借助信息技術(shù)，識別出不同地質(zhì)體及地質(zhì)情況的詳細地質(zhì)參數(shù)，并獲取不同地質(zhì)體的空間分布情況，通過綜合分析不同地質(zhì)體相互之間的關系并提取地形、地貌等數(shù)據(jù)信息，可以有效編制出礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯圖，進而為礦山生態(tài)修復工作的開展帶來數(shù)據(jù)上的支持。

2.1.1 地形地貌解譯

通過對遙感技術(shù)進行解析，可以借助遙感圖像，直接識別測區(qū)地貌的形態(tài)變化及發(fā)展規(guī)律等重要地質(zhì)信息。通過對地形地貌進行解譯，可以直接圈定高原、平原、盆地等地質(zhì)情況；通過對測區(qū)水系特征等信息進行分析，可以直接劃分出階地、沙丘等區(qū)域的實際情況。此時，就可以在大比例尺的幫助下，進一步對地貌數(shù)據(jù)信息進行深度解譯。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造解譯

在進行遙感解譯時，地質(zhì)構(gòu)造的解譯效果非常優(yōu)秀，因為遙感技術(shù)所采集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息覆蓋范圍相對較廣，所以不僅能夠在解譯中獲得整體概念，還可以直觀感受到平面變化特征。在此期間，還可以借助遙感技術(shù)來獲取具有立體感的空間變化特征，以此來全面反映出地表構(gòu)造情況。在各種數(shù)據(jù)信息的引導下，可以結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)的發(fā)展情況來提前預測部分地質(zhì)問題的出現(xiàn)。

在進行礦山生態(tài)修復調(diào)查時，由于需要生態(tài)修復的礦山都是地表破壞相對較為嚴重的地區(qū)，因此，在遙感圖像上能夠有效顯示出測區(qū)可能存在的部分隱患。由于遙感技術(shù)需要借助衛(wèi)星圖像來開展一系列的測繪工作，而衛(wèi)星圖像帶有連續(xù)性、重復性，所以，可以通過對不同時期的衛(wèi)星圖像進行對比，以此來找出衛(wèi)星圖像存在的各種變化。從地質(zhì)構(gòu)造角度出發(fā)，可以借助地形地貌及各種水文地質(zhì)參數(shù)來實現(xiàn)對測區(qū)內(nèi)基礎地質(zhì)條件的分析，如圖1所示為某礦山地質(zhì)構(gòu)造。

圖1 某礦山地質(zhì)構(gòu)造

2.1.3 水文地質(zhì)條件遙感解譯

從遙感圖像出發(fā)，地表水系在遙感圖像中所呈現(xiàn)出的各種情況一目了然，結(jié)合數(shù)字遙感圖像，可以利用目視解譯、人機交互解譯來劃分出不同等級的水系。由于水文地質(zhì)參數(shù)中的水系密度、形態(tài)等要素均與巖石、土壤息息相關，因此，可以借助對水文地質(zhì)的遙感解譯來進一步分析測區(qū)內(nèi)的巖性、巖層產(chǎn)狀等重要信息［2］。

2.2 礦業(yè)活動痕跡的遙感解譯

為了使礦山生態(tài)修復發(fā)揮出應有的價值，就應該強調(diào)礦業(yè)活動痕跡的遙感解譯，通過細致分析采場、渣堆等區(qū)域的實際地質(zhì)情況，可以讓礦山生態(tài)修復工作的開展變得更加順利。由于礦區(qū)內(nèi)各個區(qū)域具有點狀痕跡，所以，可以結(jié)合圖像的色調(diào)、陰影等痕跡的規(guī)模情況來進行礦業(yè)活動分析。需要注意的是，雖然具有一定規(guī)模性的痕跡都可以在圖像解譯中發(fā)揮出應有的作用，但若地下作業(yè)的礦業(yè)活動整體規(guī)模較小，就無法直接通過解譯來掌握活動的實際情況。此時，就可以利用圖像優(yōu)先對礦區(qū)進行確定，然后，在航片的幫助下，明確礦業(yè)活動的實際位置，并圈定規(guī)模、危害等要素，這樣便可以在遙感分析中借助多種遙感技術(shù)來進行互補式分析，以此來獲取良好的遙感解譯效果。

3 遙感技術(shù)在礦山生態(tài)修復調(diào)查中的運用

利用遙感技術(shù)開展礦山生態(tài)修復調(diào)查是一種非常復雜的系統(tǒng)性工程，只有保證遙感調(diào)查方法正確性，才能讓礦山生態(tài)修復調(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量得到保障，進而讓礦山生態(tài)修復工作得以開展得更加順利。

3.1 礦山生態(tài)修復調(diào)查流程分析

3.1.1 數(shù)據(jù)選取

在進行礦山生態(tài)修復調(diào)查時，要結(jié)合實際需求來選取適合的遙感圖像。在遙感圖像選擇完成后，要注意對遙感參數(shù)開展預處理，以此來降低各種干擾因素對遙感圖像帶來的影響。通過對衛(wèi)星圖像進行校正，可以有效提高礦山生態(tài)修復調(diào)查參數(shù)的精確性。

3.1.2 圖像增強

增強處理的目的是顯示出遙感圖像中的關鍵性數(shù)據(jù)，通過對重要特征點進行加強處理，可以讓圖像整體變得更加清晰，解譯效果將會有所增強。通過波普、空間特征增強等方式來進行圖像處理。需要注意的是，如果部分原始圖像存在灰度分布范圍窄的情況，就可以利用PCI 軟件來對圖像進行線性拉伸，以此來讓各個波段的灰度范圍加寬，進而增強圖像整體對比度，這部分經(jīng)過拉伸后的數(shù)據(jù)只在遙感圖像顯示中有所顯示，原有數(shù)據(jù)并不會發(fā)生改變。

3.1.3 礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)提取

通過人機交互解譯，能夠提取出礦山地質(zhì)環(huán)境信息。遙感技術(shù)的整個測區(qū)都可以利用多時像、多波段對比解譯，通過將提取出的礦山數(shù)據(jù)信息相互印證，并結(jié)合歷史地面調(diào)查數(shù)據(jù)，可以在多元信息分析法下提取出具有高精度的礦山地質(zhì)環(huán)境參數(shù)，進而為礦山生態(tài)修復帶來幫助。

3.2 遙感技術(shù)下的礦山生態(tài)修復參數(shù)調(diào)查

礦產(chǎn)資源是支撐社會經(jīng)濟高速發(fā)展的重要資源，在開發(fā)資源時，必然會對地表、地下空間造成非常大的影響，嚴重時，甚至會引發(fā)不可逆的環(huán)境問題。遙感技術(shù)作為我國地質(zhì)測繪的核心技術(shù)之一，可以通過地質(zhì)調(diào)查來為礦山生態(tài)修復提供數(shù)據(jù)上的支持。礦山生態(tài)修復包括土地再利用、生態(tài)化建設等多種內(nèi)容。在利用遙感技術(shù)開展礦山生態(tài)修復調(diào)查工作時，可以將礦區(qū)土地、環(huán)境及植被狀態(tài)看作的核心評估標準，以此來進行遙感觀測。在獲取調(diào)查對象的各項參數(shù)信息時，要注意對其動態(tài)變化進行分析，以此來為后續(xù)開展的礦山生態(tài)修復工作奠定基礎。

3.2.1 植被指數(shù)

在礦山區(qū)域的生態(tài)條件下，當?shù)氐闹参锓浅Ｈ菀资艿酵饨缫蛩厮鶐淼挠绊懀亟饘傥廴?、水污染等問題都將會影響到礦區(qū)植被覆蓋率，被嚴重污染的地區(qū)甚至會出現(xiàn)植物徹底消失的情況。在進行礦山生態(tài)修復工作時，由于植被具有強大的土壤、水質(zhì)修復能力，所以，要利用植物來改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境。

在利用遙感技術(shù)進行礦山生態(tài)修復調(diào)查時，應該將測區(qū)內(nèi)的植物當作重要調(diào)查對象，結(jié)合電磁波來提取測區(qū)內(nèi)的植物生長情況，進而獲得植被指數(shù)［3］。在利用遙感技術(shù)判斷植被指數(shù)時，一般會通過植物吸收紅光波段及對紅外波段進行反射的差異，通過將兩個波段的觀測數(shù)據(jù)進行整理分析，便可以有效獲取植被指數(shù)。遙感技術(shù)下的植被指數(shù)可以將景區(qū)植物覆蓋范圍及植物動態(tài)變化數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，此時，便可以結(jié)合植物信息來進行綜合性評價，以此來為礦山生態(tài)修復提供植物數(shù)據(jù)作為支撐。

3.2.2 大氣、水資源環(huán)境指標

礦產(chǎn)資源的開采往往伴隨著大量污染物，污染物將會對礦山區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成非常大的影響，而且在礦山資源開采結(jié)束后，還將會在地表留有非常多的有毒廢渣，各種廢渣將會持續(xù)對生態(tài)環(huán)境造成影響。采用遙感技術(shù)對礦區(qū)大氣、水資源進行調(diào)查分析時，可以利用無人機、衛(wèi)星等設備來對礦區(qū)水質(zhì)、大氣進行動態(tài)監(jiān)測，由于遙感技術(shù)具有廣泛的覆蓋范圍，所有的數(shù)據(jù)信息都可以在短時間內(nèi)完成傳播，因此，遙感數(shù)據(jù)具有較強的時效性。需要注意的是，我國遙感技術(shù)在對水質(zhì)進行動態(tài)監(jiān)測時，所獲得的數(shù)據(jù)精度依然具有非常大的上升空間。

3.2.3 土壤環(huán)境指標

在開展礦山生態(tài)修復調(diào)查時，傳統(tǒng)調(diào)查方式往往需要在實地取樣后對樣品進行一系列試驗，各種試驗往往會對調(diào)查效率造成非常大的影響。特別是在礦山生態(tài)修復期間，由于土壤環(huán)境往往會在動態(tài)變化中發(fā)生改變，因此，單純利用實地取樣往往會因為時效性問題而影響到對礦山生態(tài)修復時對土壤情況的判斷。所以，要在對土壤環(huán)境指標進行分析時，采用多時相遙感來進行數(shù)據(jù)分析，在此期間，可以通過將激光、遙感技術(shù)相結(jié)合來判斷分析土壤中的重金屬含量。需要注意的是，隨著科技的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)將會在發(fā)展中不斷發(fā)生變化，例如，結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的云測量，就可以進一步提高礦山生態(tài)修復調(diào)查時的數(shù)據(jù)精度與圖像分辨率。

3.3 相關案例分析

3.3.1 礦區(qū)概況

A 礦區(qū)地處HB 省，屬于廢棄礦區(qū)，礦區(qū)面積約為130km2，其最高海拔為638.7m，礦區(qū)范圍的年平均降雨量在662mm 左右，當?shù)貧夂驐l件為溫帶半濕潤季風氣候。

3.3.2 礦山生態(tài)修復調(diào)查內(nèi)容

A 礦區(qū)的整體開采規(guī)模相對較大，由于開發(fā)時間長，因此，礦區(qū)內(nèi)的固體廢料往往會占據(jù)大量土地資源，在礦區(qū)廢棄之后，大量的固體廢物對周圍生態(tài)環(huán)境造成了非常嚴重的持續(xù)性影響。通過結(jié)合原有資源及踏勘數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，礦山在開發(fā)過程中對當?shù)赝恋刭Y源造成了嚴重破壞，資源大量開采不僅會影響到地區(qū)生態(tài)環(huán)境，還留下了較為嚴重的地質(zhì)安全隱患，水土流失與生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化都是礦山生態(tài)修復工作必須面對的問題。

3.3.3 礦山生態(tài)修復調(diào)查

在開展礦山生態(tài)修復調(diào)查工作時，要結(jié)合調(diào)查對象的空間位置及光譜、幾何特征等信息，利用人機交互解譯、三維景觀模擬等技術(shù)來進行綜合性驗證，以此來提高調(diào)查結(jié)果的精確度［4］。

在利用人機交互解譯時，需要結(jié)合解譯者的經(jīng)驗來進行合理分析與修改，從顏色細節(jié)等多個角度來將數(shù)量少且具有明顯解譯標志的區(qū)域提取出來，這樣便可以實現(xiàn)對生態(tài)修復要素的快速解譯。相較于傳統(tǒng)解譯方式，這種方法不僅帶有面向?qū)ο蠓诸惙椒ǖ膬?yōu)勢，還可以對計算機分類出現(xiàn)的錯誤進行修正。

面向?qū)ο笮畔⑻崛∈且环N具有較高分辨率、能夠?qū)b感影響進行特征提取的技術(shù)。這種數(shù)據(jù)提取方式不僅具有較高的解譯效率，還解決了計算機自動分類精準度不足的問題［5］，通過將其應用在礦山生態(tài)修復調(diào)查中，可以快速提取到遙感數(shù)據(jù)。A 礦區(qū)在對濃縮池進行解譯時發(fā)現(xiàn)，濃縮池的光譜特具有均一性，幾何形狀為圓形且影響為褐色，亮度值為80＜Brightness＜150，面積參數(shù)為8000＜Area＜10000，由于提取量相對較小，所以要結(jié)合目視解譯來進行輔助調(diào)整。

三維景觀模擬可以在遙感技術(shù)的作用下獲取礦山的三維參數(shù)，并建立起礦山實景模型。通過利用三維景觀模擬來對礦山排土場、采石場等區(qū)域進行場景重現(xiàn)，可以有效提高數(shù)據(jù)精確性，三維景觀模擬能夠有效提高礦山生態(tài)修復調(diào)查時的地物識別準確性，提高礦山生態(tài)修復工作的整體效率。在A 礦場中，可以利用以DOM、DEM 為核心的三維景觀模擬來進行地物判斷，以此來為礦山生態(tài)修復工作帶來更多指引［6］。

野外調(diào)查的目的是對調(diào)查的結(jié)果進行補充，初步提供結(jié)果可靠性。在室內(nèi)解譯期間，往往會遇到一些具有不確定性的礦山地物，這部分礦山地物往往具有相對較高的安全風險，因此，要借助野外調(diào)查來進一步對室內(nèi)解譯數(shù)據(jù)進行驗證，以此來掌握礦山的真實情況。

3.3.4 調(diào)查結(jié)果

通過對A 礦區(qū)的礦山生態(tài)修復調(diào)查結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)露天采場共有大小崩塌6 處，通過噴錨、削坡等方式可以基本杜絕安全隱患的進一步擴大，與此同時，采場內(nèi)共有5 處滑坡亟待處理。通過對地質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，所得到的地質(zhì)環(huán)境結(jié)果可以作為閉坑生態(tài)修復的主要參考數(shù)據(jù)。對于礦山生態(tài)修復而言，借助遙感技術(shù)進行礦山生態(tài)修復調(diào)查，能夠在短時間內(nèi)完成對礦山獨立地物的識別，通過額外輔以野外調(diào)查，可以在獲取地質(zhì)參數(shù)的同時了解礦山存在的安全風險，進而讓礦山生態(tài)修復變得更加順利。

4 結(jié)語

總而言之，遙感技術(shù)作為地質(zhì)測繪中的核心技術(shù)，可以在礦山生態(tài)修復調(diào)查中發(fā)揮出至關重要的作用，遙感技術(shù)不僅可以提高調(diào)查精度，還能大幅增加調(diào)查效率。相信隨著更多人意識到礦山生態(tài)修復調(diào)查中遙感技術(shù)的重要性，礦山生態(tài)修復調(diào)查中遙感技術(shù)的應用一定會更加完善。