李錦華
(山西錦明科技有限公司,山西 臨汾 041000)
錫林郭勒草原礦區(qū)位于錫林郭勒盟東部大興安嶺南段西坡,地處遼闊草原腹部。解譯區(qū)為白音華礦區(qū),位于錫林郭勒草原東部西烏珠穆沁旗東北部。白音華礦區(qū)為正在生產(chǎn)的中型煤礦,開采方式主要為露天開采。造成的環(huán)境地質(zhì)問題主要有采場、廢渣堆、排土場等的占地,造成土地資源浪費(fèi)、水土流失等,亟需掌握白音華礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀。
本文以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù),采用多時(shí)相高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),以室內(nèi)解譯為主、野外調(diào)查驗(yàn)證為輔的方法提取錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化信息,綜合分析研究礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn),最終形成遙感解譯報(bào)告,為礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。
衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)處理流程主要包括區(qū)域網(wǎng)平差、正射校正、影像融合、影像鑲嵌、影像分幅等,具體工作流程(如圖1 所示):
圖1 遙感數(shù)據(jù)處理工作流程圖
在進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差時(shí),首先,通過在衛(wèi)片上選取一些地面控制點(diǎn),并利用原來已經(jīng)獲取的該衛(wèi)片范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù),進(jìn)行有理函數(shù)的區(qū)域網(wǎng)整體平差,得到精化后的RPC。對經(jīng)過區(qū)域網(wǎng)平差的全色影像和多光譜影像利用精化后的有理多項(xiàng)式及DEM 進(jìn)行正射校正,從而提高校正精度。影像區(qū)域網(wǎng)平差和正射校正處理流程(如圖2 所示):
圖2 區(qū)域網(wǎng)平差和正射校正流程圖
本項(xiàng)目主要采用HPF 法進(jìn)行全色和多光譜的數(shù)據(jù)融合。HPF 方法與其他融合方法相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)HPF 變換法對光譜特征的扭曲較小,具有較好的空間分辨率。
(2)HPF 融合結(jié)果圖像,在細(xì)節(jié)上清晰度增強(qiáng),能更好地保留影像的光譜特征。
(3)采用HPF 方法得到的合成影像,使采場、排土場、廢石堆、礦山建筑、固體廢棄物、尾礦庫等地物的邊緣規(guī)則、清晰。
鑲嵌過程中,在相鄰兩個(gè)重疊區(qū)域內(nèi),按照一定的規(guī)則選擇。同時(shí),為了能夠修正鑲嵌影像在拼接縫附近的灰度(或顏色),使之在接縫處的灰度(或顏色)有一個(gè)光滑的過渡,不產(chǎn)生突變效應(yīng),需要對兩幅影像的重疊區(qū)域做羽化處理,從而接邊線變得相當(dāng)模糊,能夠很好地融入圖像中;為了避免由于鑲嵌圖像顏色不一致而影響鑲嵌的結(jié)果,采用顏色平衡的方法,以一幅圖像為基準(zhǔn),統(tǒng)計(jì)各鑲嵌圖像的直方圖,以整幅基準(zhǔn)圖像或者重疊區(qū)域的直方圖為基準(zhǔn),采用直方圖匹配法匹配其他鑲嵌圖像,使得鑲嵌圖像具有相似的灰度特征。
(1)從已知到未知,先易后難,先整體后局部,先宏觀后微觀的原則。
(2)盡可能采用多源、多時(shí)相、多分辨率的航天遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解譯。
(3)室內(nèi)遙感解譯與野外調(diào)查相結(jié)合的原則,解譯初期通過野外實(shí)地踏勘,掌握解譯對象的野外特征及其影像特征,初步建立解譯對象的解譯標(biāo)志。解譯過程中對難以判定的目標(biāo)進(jìn)行野外補(bǔ)充調(diào)查,并不斷完善解譯標(biāo)志。在遙感解譯后期則要通過野外驗(yàn)證來對各種因素造成的解譯偏差進(jìn)行校對及糾錯(cuò),以保證項(xiàng)目成果的可信度。
(4)遙感信息與常規(guī)資料相結(jié)合的原則。
(5)遙感解譯以目視解譯、人機(jī)交互解譯為主,計(jì)算機(jī)自動(dòng)識別提取為輔。
礦山遙感監(jiān)測需要解譯的對象種類繁多,類型復(fù)雜,應(yīng)遵循“從已知到未知、先易后難、逐步深入”的原則,充分利用各種分析推理方法進(jìn)行解譯。常用的方法有:直接判讀法、歷史對比法、信息綜合法、綜合推理法、地理相關(guān)分析法。上述方法在具體工作中可結(jié)合實(shí)際情況靈活、綜合應(yīng)用,在某一解譯過程中,某一方法可以占據(jù)主導(dǎo)地位。
2.3.1 熟悉資料、初步宏觀解譯及野外踏勘
2.3.2 詳細(xì)解譯
根據(jù)野外踏勘建立的解譯標(biāo)志,分析不同地物的波譜特征,并將解譯對象在圖像上所顯示的波譜特征與光譜庫中的相應(yīng)光譜曲線進(jìn)行對比分析,依據(jù)影像的色調(diào)、形狀、大小、陰影、紋理、圖案、布局、位置等要素建立地物原型與影像模型之間的直接解譯標(biāo)志,并運(yùn)用相關(guān)分析法建立間接解譯標(biāo)志。解譯手段,以目視解譯、人機(jī)交互解譯為主,對光譜特征獨(dú)特的地物用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取的方式,兩者結(jié)合,對礦山地物類型、礦山地質(zhì)災(zāi)害及恢復(fù)治理工程等進(jìn)行全面解譯,完善解譯標(biāo)志。
結(jié)合以往遙感解譯及實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果,本項(xiàng)目得到不同礦山地物的影像特征,現(xiàn)列舉如下:
2.4.1 露天采場
露天采場采坑道路發(fā)育,坑底作業(yè)形跡清晰,形態(tài)與周圍環(huán)境對比鮮明,易于判別(如圖3 所示):
2.4.2 尾礦庫
尾礦庫一側(cè)成直線型,一般為壩體,一側(cè)為礦渣和水體,尾礦顏色明顯與周圍不同(如圖4 所示):
圖3 露天采場影像特征(SPOT-5)
圖4 尾礦庫影像特征(高分一號)
圖5 煤矸石堆(左)及礦山恢復(fù)治理工程(右)影像特征(GeoEye-1)
2.4.3 煤矸石堆
煤礦區(qū)分布有多處大型煤矸石堆,在標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像上與周圍地物色調(diào)差異明顯,在形態(tài)上呈現(xiàn)出明顯的倒錐形(如圖5-(左)所示):
2.4.4 礦山環(huán)境恢復(fù)與治理工程
礦山環(huán)境恢復(fù)治理工程主要可分為排土場植被恢復(fù)和開采廢石再處理兩種類型。排土場植被恢復(fù)區(qū)域在影像上表現(xiàn)為人工紋理較強(qiáng)的綠地,與周圍天然植被區(qū)別明顯(如圖5-(右)所示):
2.5.1 礦山開發(fā)占地
分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的開發(fā)占地,包括采場、排土場、礦山建筑、固體廢棄物、尾礦庫等的分布位置、分布面積。對比分析錫林郭勒草原礦山開發(fā)占地變化情況。
2.5.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害
分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的地質(zhì)災(zāi)害,具體包括地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等的分布位置、分布范圍、規(guī)模、發(fā)育特征和危害對象。
2.5.3 礦山環(huán)境恢復(fù)治理
分別解譯兩個(gè)不同年度錫林郭勒草原礦山的恢復(fù)治理工程和地質(zhì)災(zāi)害治理工程的分布位置、分布面積等,并綜合分析恢復(fù)治理效果。
本項(xiàng)目對比分析不同時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果,分析研究各工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測。并運(yùn)用多期遙感影像數(shù)據(jù)(或波段)的運(yùn)算和操作(空間歐氏距離法、PCA、影像代數(shù)法和變化向量法等),實(shí)現(xiàn)工作區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測。
為了更形象的突出礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山地質(zhì)災(zāi)害、恢復(fù)治理工程的現(xiàn)狀信息,還以柱狀圖、餅狀圖等多種形式分析研究錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境治理不同年度間面積的動(dòng)態(tài)變化情況、恢復(fù)治理效果等。
本項(xiàng)目主要研究成果包括:
在對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上,按照錫林郭勒草原礦山分布的范圍,編制形成1∶10000 遙感影像圖。
對高分辨率遙感影像圖進(jìn)行淡化處理,并以此為底圖,疊覆基準(zhǔn)年的礦業(yè)占地圖斑、礦山地質(zhì)災(zāi)害圖斑及礦山地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害恢復(fù)治理工程圖斑,形成礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測圖。
在綜合分析內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒草原礦山各類地質(zhì)資料、礦產(chǎn)資源的基礎(chǔ)上,結(jié)合遙感解譯結(jié)果,編制錫林郭勒草原礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式研究報(bào)告。
開展礦產(chǎn)資源集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作,應(yīng)用遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)和全球定位技術(shù),利用多種遙感平臺多種類、多時(shí)相遙感影像,然后在野外實(shí)地建立遙感解譯標(biāo)志,對影像進(jìn)行全面解譯分析,形成礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測圖。最終查明集中開采區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀,掌握礦產(chǎn)資源開發(fā)引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題,為今后連續(xù)開展礦山地質(zhì)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測奠定基礎(chǔ),也為區(qū)域地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、礦山地質(zhì)環(huán)境治理等提供基礎(chǔ)資料。