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        高分二號遙感影像在濟源市礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

        2019-08-08 10:58:48任酉貴許欣欣
        資源導(dǎo)刊(信息化測繪) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:礦山

        任酉貴 許欣欣

        (遼寧省自然資源服務(wù)中心,遼寧 沈陽 110001)

        1 引言

        近年來,衛(wèi)星遙感技術(shù)作為一種先進的測繪技術(shù),在對地觀測中具有快速、信息量大、成本低等特點,在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用[1],其中,國產(chǎn)高分二號衛(wèi)星的空間分辨率達到亞米級,具有高輻射精度、高定位精度和快速姿態(tài)機動能力等特點,將在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中發(fā)揮更大作用。濟源市礦產(chǎn)資源豐富,頻繁的采礦活動引起的環(huán)境問題呈多樣化和復(fù)雜化態(tài)勢,礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查可為合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源和保護地質(zhì)環(huán)境提供對策和依據(jù)。

        2 研究區(qū)概況及高分二號衛(wèi)星參數(shù)介紹

        2.1 研究區(qū)概況

        濟源市位于河南省西北部 ,地處北緯34°53′09″~35°16′50″,東經(jīng)112°01′41″~112°45′46″,全市總面積1931 平方千米,地勢西北高、東南低。濟源市礦產(chǎn)資源豐富,主要有煤炭、石灰?guī)r、鐵礦、銅礦、硫鐵礦、鋁土礦等。人類通過礦山開發(fā)推動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展,但非法開采、無證開采、開采后不修復(fù)不治理等導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境遭到破壞,崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生,影響了當(dāng)?shù)厝嗣裆詈蜕踩?/p>

        2.2 高分二號衛(wèi)星參數(shù)介紹

        高分二號衛(wèi)星于2014 年8 月19 日成功發(fā)射,搭載有兩臺高分辨率1 米全色、4 米多光譜相機,標(biāo)志著我國遙感衛(wèi)星進入亞米級“高分時代”[2]。高分二號衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)如表1 所示,有效載荷技術(shù)指標(biāo)如表2 所示。

        表1 高分二號衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)

        表2 高分二號衛(wèi)星有效載荷技術(shù)指標(biāo)

        3 技術(shù)流程

        濟源礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的方法,按照“內(nèi)業(yè)解譯采集、外業(yè)調(diào)查核實”的原則安排任務(wù),以高分二號衛(wèi)星正射影像為底圖,以歷史收集的礦山位置、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為輔助,采集地質(zhì)災(zāi)害及隱患點的位置范圍。內(nèi)業(yè)難以識別的區(qū)域標(biāo)成疑問圖斑,進行外業(yè)實地核查,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。具體流程如圖1 所示。

        3.1 高分二號衛(wèi)星影像處理

        3.1.1 數(shù)據(jù)整理

        數(shù)據(jù)處理主要包括原始影像數(shù)據(jù)的優(yōu)選、DEM 及控制資料的整理和格式轉(zhuǎn)換等。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)具有多時相、多分辨率、多云霧、重疊度不均勻等特點,衛(wèi)星影像側(cè)視角大小也對成果精度有較大影響,故需提前挑選滿足生產(chǎn)需求的影像:(1)完整、清晰,無大面積噪聲、條紋、云和積雪。(2)盡量避開生長季,植被覆蓋率低人眼更容易識別。(3)優(yōu)先選擇現(xiàn)勢性強的影像。(4)選擇側(cè)視角小的影像,如山地、高山地側(cè)視角小于20°,平地、丘陵地側(cè)視角小于25°。

        圖1 遙感解譯技術(shù)路線

        3.1.2 影像幾何處理和DOM 生產(chǎn)

        影像幾何處理利用外業(yè)像控點、高精度DEM 作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對全色影像進行區(qū)域網(wǎng)平差、多光譜影像單片配準(zhǔn)更新RPC 后,進行正射糾正、影像融合、影像增強、勻色、鑲嵌生產(chǎn)正射影像成果。高分二號DOM 生產(chǎn)流程如圖2 所示。

        圖2 高分二號DOM生產(chǎn)流程

        3.1.3 質(zhì)量檢查

        成果質(zhì)檢依據(jù)外業(yè)控制資料、DOM、DLG 等數(shù)據(jù),通過人機交互方式對影像生產(chǎn)成果進行幾何精度檢查,包括絕對精度和相對精度。圖面質(zhì)量檢查是否色調(diào)均勻、紋理清楚、層次豐富、無明顯失真,影像是否存在噪聲、模糊、扭曲、錯開、裂縫、漏洞等缺損。

        3.2 遙感解譯

        不同的地質(zhì)災(zāi)害在高分二號遙感影像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、影紋結(jié)構(gòu)等均與周圍背景存在區(qū)別[3]。因此,通過人機互動、目視解譯、外業(yè)核實,總結(jié)項目區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害點的共性,并建立解譯標(biāo)志,從而完成項目區(qū)已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害點和地質(zhì)災(zāi)害隱患點的調(diào)查。

        3.2.1 初步解譯

        根據(jù)制作好的遙感影像對調(diào)查區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境點進行初步解譯,了解項目區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境特點和類型,建立解譯標(biāo)志和解譯影像單元。

        3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害形成機理和遙感解譯標(biāo)志

        濟源市礦山地質(zhì)災(zāi)害主要為地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流,其中地面塌陷最為突出。

        (1)地面塌陷及地裂縫

        地面塌陷主要由煤礦、鐵礦井下開采引起。在煤礦開采區(qū),地裂縫和地面塌陷往往是伴生的,主要分布在塌陷坑、采區(qū)作業(yè)面四周或塌陷盆地四周和外圍。露天采場和排土場邊坡失穩(wěn)也易引發(fā)卸荷型地裂縫。

        遙感影像上地裂縫呈暗色線狀,是地形突變引起光譜差異所致,有平行排列形、折線形和蠕蟲形[4]。其形態(tài)特征有直線形和曲線形。直線形裂縫平直,延伸方向穩(wěn)定;曲線形裂縫呈弧形彎曲,大多由工作面的一側(cè)延伸至另一側(cè)。植被覆蓋程度越低,地裂縫遙感影像越容易識別,因此,盡量選用植被覆蓋度較低時間段的遙感影像。地面坍塌地裂縫遙感影像如圖3所示,濟煤六礦北部地裂縫如圖4 所示。

        圖3 地面坍塌地裂縫遙感影像

        圖4 濟煤六礦北部地裂縫

        (2)崩塌

        崩塌一般發(fā)生在地形切割強烈、巖石破碎的山區(qū),坡度在45°以上。崩塌在遙感影像上呈弧形、月牙形,深灰色、暗灰色等,后緣或側(cè)緣有陰影,有時崩塌壁形成陡坎,受光照方向影響,整個崩塌壁和崩塌體全部或大部分被陰影遮蓋,下方有雜亂崩塌物。崩塌遙感影像如圖5所示,小橫嶺村崩塌毀壞房屋如圖6所示。

        圖5 崩塌遙感影像

        圖6 小橫嶺村崩塌毀壞房屋

        (3)滑坡

        濟源市礦區(qū)多為排土場、廢石場滑坡,或因坡腳開挖形成的臨空面引發(fā)滑坡。

        在遙感影像上,滑坡呈白色、灰白色等淺色調(diào),呈規(guī)則的圓弧狀、門狀?;麦w已完全脫離基巖母體下滑,滑坡體呈長條舌狀、扇形狀,并時常推擠河流形成間流段,在堆積層滑坡或基巖滑坡的周界內(nèi)緣常見完整或不完整的弧形拉張谷地,形成左右雙溝同源現(xiàn)象?;逻b感影像如圖7 所示,滑坡現(xiàn)場照片如圖8 所示。

        (4)泥石流

        濟源礦山泥石流主要是山區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)過程中廢石廢土不合理堆排,暴雨、暴雪或其他自然災(zāi)害所引發(fā)的特殊洪流,也稱為礦渣型泥石流。在遙感影像上,泥石流的物源區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)分布明顯,流通區(qū)呈不規(guī)則條帶狀,末端有紋理粗糙的堆積物。濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像如圖9 所示。

        圖7 滑坡遙感影像

        圖8 滑坡現(xiàn)場照片

        圖9 濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像

        3.2.3 外業(yè)核查和結(jié)果分析

        整 個項目共解譯出礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害點52 個,其中,對危及礦山設(shè)施、城鎮(zhèn)、重要建筑物、交通、村莊等的礦山地質(zhì)災(zāi)害及其隱患,全部進行外業(yè)核查,核查率100%。經(jīng)過野外核查,確認(rèn)地質(zhì)災(zāi)害點41 個,占解譯點的78.8%;地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象點11 個,占解譯點的21.2%。

        4 結(jié)語

        利用高分二號衛(wèi)星遙感影像進行礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查,影像分辨率更高,達到亞米級,對地物的識別能力更好,遙感解譯的精度更高,類別更多、更細(xì),能夠為保護礦山環(huán)境以及后期礦山地質(zhì)災(zāi)害治理提供及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)保障。

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