航測遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

吳 霞，周銀朋，王小宇

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪院，貴州 貴陽 550018）

0 引言

隨著該先進技術(shù)手段的普及與應(yīng)用，礦山地質(zhì)勘探工作的質(zhì)量和效率都有了顯著提高，利用無人機進行礦山的觀測地物影像數(shù)據(jù)采集，以航空攝影的方式對礦山地質(zhì)情況進行實時監(jiān)測，該技術(shù)減少了人為實地勘探的工作量，并且其應(yīng)用范圍廣且不受實地勘探的限制。基于高分辨率的遙感影像進行礦山地質(zhì)環(huán)境的解譯，能準(zhǔn)確進行礦山類型的判斷，分析研究區(qū)域內(nèi)礦山開采的地質(zhì)災(zāi)害，本文對航測遙感影像在礦山地質(zhì)勘探的應(yīng)用進行研究，為提高礦山地質(zhì)勘探效率和勘探質(zhì)量提供了參考依據(jù)，對礦山開發(fā)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 航測遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

1.1 基于航測遙感技術(shù)獲取礦山地質(zhì)勘探影像

在礦山地質(zhì)勘探中，對遙感衛(wèi)星影像進行地質(zhì)解譯時，主要針對巖石在影像上顯示的特征圖像差異，通過巖石反射光譜差別、影像色調(diào)的差異等來識別巖石的類型。巖石在形成的過程中會因為各種力的共同作用而出現(xiàn)不同的特征和形狀，這也是不同巖石識別的標(biāo)志之一［1］。影像中不同的巖石有不同的反射光譜，這與巖石自身所含有的礦物成分有著密切的聯(lián)系，如果影像上淺色含量較多，那么所勘測到的巖石一定是含有淺色礦物，相反，如果顯示深色較多，那么就說明所勘測到的巖石是以深色物質(zhì)為主。應(yīng)用航測遙感同步技術(shù)能夠基于衛(wèi)星和無人機獲取礦山地質(zhì)影像，由于遙感數(shù)據(jù)源的質(zhì)量直接影響著圖像處理與信息提取和解譯的精度，因此在應(yīng)用航測遙感技術(shù)中需要選擇合適的遙感影像數(shù)據(jù)源，根據(jù)研究區(qū)域特點計算航攝相對航高H，計算式如式（1）所示：

式中：GSD為地面分辨率；a為像素元尺寸大?。籪為焦距。根據(jù)已有的地形圖資料，計算基準(zhǔn)面高程h，具體公式如式（2）所示：

式中：b為像片中的攝影基線長度。通過基線控制，較小航測中因風(fēng)力、風(fēng)向影響而產(chǎn)生的偏差。遙感影像數(shù)據(jù)具有多源性特點，不同種類的影像數(shù)據(jù)存在著不同的差異，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)礦山的實際開發(fā)狀況和地質(zhì)條件，選擇某1∶50 000 的礦區(qū)地質(zhì)勘探工作區(qū)，通過遙感技術(shù)進行掃面測量，從而得到礦山地質(zhì)構(gòu)造及礦山資源分布情況。以勘探點為基準(zhǔn)，為獲取更為準(zhǔn)確的勘探信息，需要選擇分辨率更高的遙感影像，本文選擇了IKONOS 等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)整體質(zhì)量較好，影像中無云霧覆蓋，觀測目標(biāo)清晰，影像無明顯偏光偏色情況，可解譯程度高，具體航測遙感技術(shù)獲取地質(zhì)勘探影像過程如圖1所示。

圖1 航測遙感技術(shù)獲取地質(zhì)勘探影像過程

由圖1 可知：本文礦山地質(zhì)勘探過程，將采集到的遙感影像作為原始數(shù)據(jù)，對影像進行分割處理，從而獲得更具代表性的區(qū)域礦山地質(zhì)信息。為了保證研究區(qū)域礦山地質(zhì)勘探的準(zhǔn)確性，在分割后進一步提取更多輔助分類的礦山信息。采集研究區(qū)域內(nèi)1∶50 000 比例尺地形圖和DEM 數(shù)據(jù)，對研究區(qū)域內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境情況以及礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)進行采集，收集研究區(qū)域內(nèi)自然地理、地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害分布等資料，進行野外踏勘，為后續(xù)遙感影像的解譯工作提供依據(jù)。

1.2 礦山地質(zhì)遙感圖像處理

由于大氣環(huán)境與空氣中存在著一定的干擾因素，遙感影像數(shù)據(jù)受多種自然因素影響會導(dǎo)致圖像信息數(shù)據(jù)存在畫質(zhì)損壞［2］、圖像變形以及邊緣模糊等情況，因此在遙感影像數(shù)據(jù)獲取完成后，需要對遙感影像進行處理。圖像與數(shù)據(jù)處理流程如圖2 所示。

圖2 圖像及數(shù)據(jù)處理流程

由圖2 可知：進行圖像與數(shù)據(jù)處理，消除大氣和光照等對觀測目標(biāo)反射的影響，將同一條帶數(shù)據(jù)分別進行全色影像和多光譜影像合并，在大氣校正后通過數(shù)字高程模型對影像進行正射糾正，影像中部分正射糾正的精度不太理想，因此利用上文收集的地形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行二次糾正，進行噪聲濾波處理，對輻射度畸變較大的原始數(shù)據(jù)進行輻射度糾正，進行影像配準(zhǔn)，將同一地物的不同特性相關(guān)影像進行相對配準(zhǔn)。通過直接線性變換標(biāo)定三維空間坐標(biāo)與二維圖像的對應(yīng)關(guān)系，計算式如式（4）所示：

式中：j1、j2、j3、j4、j5、j6、j7、j8為變換參數(shù)；X和Y為平面空間坐標(biāo)。接下來，對相機焦距k進行計算，計算式如式（5）所示：

式中：（x0，y0）為格網(wǎng)點主點。通過式（5）求得焦距后，獲取航測攝影轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的關(guān)系計算旋轉(zhuǎn)角α，計算式如式（6）所示：

式中：b1、b2分別為旋轉(zhuǎn)角構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣。在糾正完成后，對遙感影像進行鑲嵌處理，進行影像拼接，在保證影像中觀測目標(biāo)地物的完整性的同時，保證影像過渡自然，不存在明顯的拼接痕跡。適當(dāng)進行影像顏色的調(diào)節(jié)，使影像中觀測地物反差適中，分幅處理并檢測影像數(shù)據(jù)的清晰度、色彩對比度以及連續(xù)的色調(diào)變化，保證影像色彩與實際真實地物色彩相近。將同地區(qū)數(shù)據(jù)進行空間配準(zhǔn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合，從而提取新數(shù)據(jù)，對不同時間獲取的圖像進行融合處理時，應(yīng)保證融合后的圖像盡可能地突出觀測目標(biāo)的地物信息，使觀測目標(biāo)與周圍地物的邊界是清晰分明的。

1.3 礦山地質(zhì)航測遙感信息提取與解譯

遙感影像包括光譜特征和空間特征，這些是進行遙感影像解譯的重要依據(jù)，為了更好地提取礦山地質(zhì)信息，需要建立遙感影像的解譯標(biāo)志［3-4］。由于礦山信息特征與多種自然因素有關(guān)，因此，針對不同的觀測目標(biāo)地物需要建立相應(yīng)的解譯標(biāo)志，具體過程如圖3 所示。

圖3 解譯標(biāo)志與信息提取過程

因此需要結(jié)合上文中采集的研究區(qū)域的多種資料，結(jié)合專業(yè)理論進行目視解譯，以提取遙感影像中礦山觀測目標(biāo)地物信息。通過計算機判別遙感影像中觀測目標(biāo)地物的光譜差異，對礦山地物地貌進行相應(yīng)分類，并通過人機交互解譯相結(jié)合的方式進行解譯，若影像中存在不能準(zhǔn)確判定屬性的信息，則通過實地勘察將標(biāo)注出的圖斑解譯信息進行驗證，并對遙感影像進行增強處理，便于對影像中礦山地質(zhì)環(huán)境信息的提取與解譯。本文提取的礦山地質(zhì)信息包括礦產(chǎn)資源開發(fā)情況以及礦山地質(zhì)環(huán)境，主要涉及礦產(chǎn)資源開采占地、礦產(chǎn)開采點和面位置，研究區(qū)域內(nèi)的地裂縫，地面沉陷區(qū)等地質(zhì)災(zāi)害分布等［5-6］。經(jīng)過劃分試驗區(qū)的反復(fù)實驗，通過目視進行彩色影像識別，能夠?qū)?0 個像元的礦山地物從背景中分離，判定用地性質(zhì)，在解譯完成后對解譯情況進行實地驗證與精度分析。

2 實驗論證分析

為驗證本文方法的有效性，首先對本文航測遙感影像的礦山地質(zhì)解譯成果進行驗證，證明本文影像解譯的可靠性，進而對礦山地質(zhì)勘探情況進行分析。采用野外實地驗證方式進行驗證，本文礦山航測遙感調(diào)查在研究區(qū)域內(nèi)劃分了6 個工作區(qū)，共設(shè)置野外驗證觀察點1500 處，具體研究區(qū)域的礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯成果的野外實地驗證情況如表1 所示。

表1 研究區(qū)域遙感解譯成果實地驗證情況

由表1 可知：本文對礦山占地、尾礦庫以及環(huán)境污染等圖斑類型的解譯精度較高，正確率最高達到了100.00%，對各檢驗工作區(qū)域的平均正確率也均在90.00% 以上，證明本文方法對航測遙感影像的解譯具有較好的效果，準(zhǔn)確率滿足解譯要求。

3 結(jié)語

本文通過航測遙感技術(shù)獲取礦山地質(zhì)勘探影像，進行礦山地質(zhì)遙感圖像處理，提取與解譯礦山地質(zhì)航測遙感信息，實現(xiàn)了航測遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，取得了一定的研究成果。實驗論證結(jié)果表明：應(yīng)用本文方法在解譯礦山占地、尾礦庫和環(huán)境污染點等圖斑類型方面表現(xiàn)出較高的精度，正確率最高達到100.00%，對各個檢驗工作區(qū)域的平均正確率均在90.00% 以上，由此表明本文方法在航測遙感影像解譯方面具有良好的效果。