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        測繪遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用分析

        2021-03-08 04:00:12冷長才
        中國金屬通報(bào) 2021年24期
        關(guān)鍵詞:遙感技術(shù)測繪礦山

        冷長才

        (江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊(duì),江西 南昌330001)

        我國礦產(chǎn)資源豐富,廣闊土地下埋藏豐富礦藏,面對社會發(fā)展對資源需求的增加,怎樣開采礦藏已經(jīng)成為重要工作。特別是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)的發(fā)展,推動了各領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步,以地理信息系統(tǒng)和測繪遙感技術(shù)為主的測繪技術(shù),在礦山勘察中占據(jù)重要作用,不僅可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、現(xiàn)代化礦山建設(shè),還能自動采集、管理及查詢空間數(shù)據(jù),提高礦山開采效率。

        1 礦山地質(zhì)勘查重要性

        礦山地質(zhì)勘察作為礦山整體地質(zhì)重要工作,是為礦山編制采掘計(jì)劃、設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠房的依據(jù),還能管理礦山生產(chǎn)儲量,實(shí)現(xiàn)損失與貧化管理,提高儲量級別及勘探程度,保障礦山資源生產(chǎn)安全,貫穿于礦山開發(fā)至結(jié)束整體過程,也是基礎(chǔ)性工作[1]。內(nèi)容如下:

        (1)控制礦體開采、礦產(chǎn)分布及規(guī)模形態(tài)等,定期重新圈定礦體,提高儲存礦體級別,核實(shí)地址資源儲量[2]。

        (2)掌握礦石、巖石等材料機(jī)械性能及結(jié)構(gòu),明確各部位圍巖構(gòu)造,確保生產(chǎn)穩(wěn)定,明確地質(zhì)情況是后期施工的基礎(chǔ)條件,需掌握地質(zhì)條件及水文條件等。

        (3)勘查礦區(qū)富集分布規(guī)律,正確分類礦石所述類型,檢測開采礦石物質(zhì)含量,歸納總結(jié)礦石有益及有害成分。

        (4)礦床地質(zhì)探究,組織采礦與探礦對比,總結(jié)地質(zhì)勘探經(jīng)驗(yàn),分析礦床形成原因及一般性規(guī)律,為后期成礦預(yù)測提供支持。

        2 地質(zhì)勘查中測繪遙感技術(shù)應(yīng)用

        測繪遙感技術(shù)能夠?qū)Φ孛婢拔镩_展識別、探測的綜合技術(shù),應(yīng)用該技術(shù)能夠獲得高分辨率遙感影像,具有突出優(yōu)勢,能夠?qū)崟r(shí)動態(tài)監(jiān)測,覆蓋范圍廣、采集信息量大,不受人為、天氣環(huán)境等因素干擾,能提高測量結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性[3]。具體應(yīng)用如下。

        2.1 明確應(yīng)用流程

        在礦山地質(zhì)勘查中,測繪遙感技術(shù)應(yīng)用流程如下:①借助衛(wèi)星選取數(shù)據(jù),對比礦山地形圖,檢測中還需增加生態(tài)指標(biāo)與人文字表,利用數(shù)據(jù)對比的方式,獲得信息精準(zhǔn)度;②測繪遙感中,鑒于部分設(shè)備機(jī)械無法直接識別、利用遙感裝置信息,數(shù)據(jù)獲取第一時(shí)間,應(yīng)當(dāng)修正、轉(zhuǎn)化信息,便于后期礦山人員使用[4];③部分礦山地理信息由于具有動態(tài)性、變化性特點(diǎn),可根據(jù)時(shí)間順序獲取遙感裝置信息,結(jié)合不同階段數(shù)據(jù)內(nèi)容,預(yù)測礦山一段時(shí)間變化;④獲取信息后評價(jià)信息準(zhǔn)確度,測繪核心是精準(zhǔn)度,人員處理數(shù)據(jù)中,始終應(yīng)維持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度,對數(shù)據(jù)反復(fù)核實(shí)、檢測,方能確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)客觀。

        2.2 確定勘查范圍

        我國礦產(chǎn)資源需求量較大,淺層與地表礦產(chǎn)基本完成開采,其與礦產(chǎn)具有隱蔽性特點(diǎn),增加了開采難度,可利用遙感技術(shù)確定勘查范圍。根據(jù)勘查實(shí)際地質(zhì)影像資料,能夠發(fā)現(xiàn)色調(diào)不同的特殊影像體,是由于圍巖蝕變等原因造成,還有部分礦物提和巖石在圖像上呈現(xiàn)迥異色彩,主要是由于礦物質(zhì)和圍巖蝕變結(jié)構(gòu)差異較大。因此,人員可利用TM、MSS等多光譜數(shù)據(jù)技術(shù)提取蝕變信息,作為新興技術(shù)能夠遙感攝影不同電磁波譜段,收集不同譜段植被信息,擴(kuò)大遙感信息量,多用于控礦斷裂帶。地質(zhì)勘查中,還可使用ASTER影像數(shù)據(jù),波段廣譜范圍較窄,提高了空間范圍分辨率,提取數(shù)據(jù)源能夠反映某物體某方面特征,融合多種數(shù)據(jù)源進(jìn)而匯總準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息,增強(qiáng)識別信息能力。

        2.3 提取地質(zhì)構(gòu)造

        地質(zhì)勘測中,內(nèi)生礦由于常處于地質(zhì)構(gòu)造變異部分或邊緣部分,重要礦產(chǎn)多分布于不同板塊結(jié)構(gòu)邊界地帶,成礦帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)與規(guī)模存在差異。人員使用遙感技術(shù)中,應(yīng)當(dāng)從區(qū)域地質(zhì)線狀影響內(nèi)提取信息,包含節(jié)理、斷裂等類型,分析火山機(jī)構(gòu)、火山盆地、中酸性巖體等有關(guān)影像的構(gòu)造(見圖1),從有關(guān)控礦斷裂交切構(gòu)成的感框色異常與塊狀影像內(nèi)提取色塊、色環(huán)、色帶等信息,斷裂為控礦構(gòu)造時(shí),能夠利用遙感技術(shù)對斷裂構(gòu)造重點(diǎn)提取信息。遙感系統(tǒng)成像中,可能出現(xiàn)“模糊作用”,導(dǎo)致人員感興趣的紋理、線性形跡等信息不清晰,難以有效識別,可通過人機(jī)交互、目視解譯的方式,處理遙感影像,如方向?yàn)V波、灰度拉伸、卷積運(yùn)算、邊緣增強(qiáng)、比值分析等,將構(gòu)造信息突顯出來[5]。此外,遙感還可根據(jù)植被分布、水系分布、地表巖性、地錨構(gòu)造等特征提取構(gòu)造隱伏信息,如斷裂、褶皺等,利用邊緣增強(qiáng)提取線性信息。

        圖1 遙感地質(zhì)

        2.4 分析植被波普

        礦山地質(zhì)勘測中,由于地下水與微生物的參與,金屬元素將會引發(fā)底層結(jié)構(gòu)變化,進(jìn)而改變土壤成分,地表植物聚集、吸收金屬作用不同,會影響植物含水量、葉綠素變化,植被反射光譜特征產(chǎn)生不同波譜[6]。礦區(qū)生物學(xué)特征為遙感勘測提供可能,可提取遙感資料內(nèi)生物學(xué)化學(xué)特征,人員使用測繪遙感技術(shù),分析遙感資料內(nèi)植被廣譜異常信息,為人員工作提供指導(dǎo),尋找礦區(qū)(見圖2)。并且,不同植被器官含金屬量差異,需采集礦區(qū)植被光譜特征進(jìn)行測試,統(tǒng)計(jì)能夠吸收金屬的植被,以此作為找礦特征,其他植被為輔助植被,采取監(jiān)督分類、穗帽變換的分析方法對特殊光譜增強(qiáng)處理。遙感圖像中,植物反射光譜信息異常將會使其在圖像內(nèi)呈現(xiàn)異常色調(diào),處理圖像后,人員提取、分離微弱異常,圖像上可利用直觀色調(diào)展現(xiàn)出來,能夠以此推測地理情況。

        圖2 植被分析

        3 地質(zhì)勘查中地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

        地理信息系統(tǒng)(GIS)為空間信息系統(tǒng),借助計(jì)算機(jī)軟硬件,能夠?qū)Φ厍虮砻婵臻g分布數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化處理,包含數(shù)據(jù)存儲、采集、運(yùn)算、管理分析等。GIS技術(shù)為多維結(jié)構(gòu),能夠在定位二維空間基礎(chǔ)上,結(jié)合礦山地質(zhì),展示多維特征屬性,如三維地理信息系統(tǒng)屬性等[7]。并且,GIS能夠分析地理空間分布的關(guān)聯(lián)性及規(guī)律,用于礦山地質(zhì)勘察中,可獲得礦山勘察數(shù)據(jù),為后續(xù)開采礦石提供支持。具體應(yīng)用如下。

        3.1 建立空間數(shù)據(jù)庫

        礦山地質(zhì)勘查中,為保證礦山信息資料準(zhǔn)確,應(yīng)用GIS技術(shù)能夠整合、規(guī)劃有關(guān)信息,包含礦產(chǎn)資源空間位置、可視化分布等,利用GIS標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化空間信息處理后,能夠建立地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)庫,為后續(xù)資源勘查提供依據(jù)(見圖3)。建立空間數(shù)據(jù)庫后,即可開展圖形、屬性信息檢索活動,根據(jù)屬性組合條件,完成檢索與查詢,包含地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、巖性、地層等內(nèi)容,體現(xiàn)地質(zhì)本質(zhì)特征,還能利用地質(zhì)圖形的巖體、地層、斷層、礦床、河流、鉆孔等檢索其屬性[8]。并且,建立空間數(shù)據(jù)庫能夠存儲至計(jì)算機(jī),根據(jù)勘查進(jìn)行查詢與檢索,提高評價(jià)礦山地質(zhì)勘查工作效率。

        圖3 建立空間數(shù)據(jù)庫

        3.2 明確工作流程

        在地理信息系統(tǒng)發(fā)展下,廣泛用于政策決策與分析、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等有關(guān)空間信息的部門及行業(yè)。工作流程如下:①采集數(shù)據(jù)。利用GPS定位系統(tǒng),采集數(shù)據(jù)信息,先讀取GPS數(shù)據(jù)后,對讀取內(nèi)容加以處理分析,以完成整體采集數(shù)據(jù)工作;②處理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)是采取不同算法,對采集多種數(shù)據(jù)信息完成編輯運(yùn)算,需剔除冗余數(shù)據(jù),彌補(bǔ)缺失數(shù)據(jù),以保證數(shù)據(jù)完整,形成多種數(shù)據(jù)形式。常見空間數(shù)據(jù)處理方式有地圖投影變換、圖形數(shù)據(jù)編輯、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、圖幅拼接等[9];③管理數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)核心功能是空間數(shù)據(jù)管理,利用空間數(shù)據(jù)庫,按照流程:數(shù)據(jù)庫-內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-格柵數(shù)據(jù)編碼-編碼方法-矢量數(shù)據(jù)編碼-格柵結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比較-空間索引機(jī)制-查詢空間信息-查詢屬性信息-擴(kuò)展空間,完成數(shù)據(jù)管理;④顯示數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)通過多步驟采集、處理信息后,即可顯示數(shù)據(jù)結(jié)果,便于人員讀取與利用。

        3.3 建立信息要素提取模型

        地質(zhì)勘察地區(qū)信息要素中,利用GIS空間分析功能,將地學(xué)數(shù)據(jù)信息以屬性、涂層的方式表現(xiàn)出來,挖掘地學(xué)數(shù)據(jù)潛在成礦信息,獲得礦產(chǎn)資源規(guī)模和位置信息。建立礦產(chǎn)勘察模型,立足于GIS技術(shù),結(jié)合勘察礦產(chǎn)資源目標(biāo),將概念化礦產(chǎn)資源模型轉(zhuǎn)化為可操作、具象化要素,包含綜合標(biāo)志找礦模型、礦床成礦模型、社會經(jīng)濟(jì)模型、地質(zhì)環(huán)境模型等,能夠?qū)⒏鞣N要素表達(dá)出來,標(biāo)志好地址北京、成礦產(chǎn)物、要素等。

        3.4 預(yù)測勘查潛力

        礦產(chǎn)資源預(yù)測勘查千粒重,主要是利用地質(zhì)理論技術(shù)和方法,根據(jù)礦產(chǎn)信息數(shù)據(jù),確定預(yù)測區(qū)域,將勘查范圍縮小,增加找礦幾率。該環(huán)節(jié)中,利用GIS對地質(zhì)、礦帶、地球化學(xué)圖、地球物理圖進(jìn)行分析,通過綜合圖評價(jià)潛力(見圖4)。

        圖4 預(yù)測流程

        4 測繪遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)融合應(yīng)用

        礦山地質(zhì)勘查中,測繪遙感技術(shù)與GIS具備獨(dú)特功能及作用,且兩者關(guān)系密切,測繪遙感技術(shù)可為GIS提供數(shù)據(jù)來源,GIS能夠發(fā)揮測繪遙感技術(shù)使用效率。所以,在地質(zhì)勘查中,應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩者融合應(yīng)用,具體如下:

        (1)定量分析融合。地質(zhì)勘查中,利用測繪遙感技術(shù)獲得地質(zhì)信息,包含地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦化蝕變、地層巖性等,提取信息后,通過遙感影像處理,生成影像圖像,進(jìn)而借助生成溫度圖像定量分析地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)果[10]。例如,事變礦物特征廣譜區(qū)西岸多處于光譜數(shù)據(jù)波段位置,可識別事變礦物,對其種屬加以分類。并且,為增強(qiáng)定量分析準(zhǔn)確性,需配合GIS構(gòu)建數(shù)據(jù)模型,以此完成模型分析,保證地址信息可靠、精準(zhǔn)。

        (2)信息處理融合。地質(zhì)勘查中,測繪遙感技術(shù)中的衛(wèi)星遙感影像具有較高利用價(jià)值,可通過遙感影像收集、匯總礦山地理信息,并加以存儲處理,立足于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),轉(zhuǎn)化地理信息為形象、直觀的影像圖,為地質(zhì)分析提供支持。并且,衛(wèi)星遙感影像需借助星載傳感裝置,提高采集信息效率,借助數(shù)字解析方式解析信息,融合GIS處理數(shù)據(jù)信息,能夠短時(shí)間內(nèi)獲得地質(zhì)信息。而在科技發(fā)展下,更多高光譜、多光譜、微波等功能各異傳感器研發(fā)出來,能夠從不同光譜范圍、時(shí)間周期、空間尺度將地物目標(biāo)特性展現(xiàn)出來,構(gòu)成地區(qū)多源數(shù)據(jù),相比單源數(shù)據(jù)具有冗余性、互補(bǔ)性特點(diǎn)。單源數(shù)據(jù)僅能反映某方面特征,需從多源數(shù)據(jù)內(nèi)提取更為豐富的信息,利用信息處理融合方式,去除無用信息,降低處理數(shù)據(jù)量,還能集中有用信息,實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)勢互補(bǔ)。

        (3)融合其他技術(shù)。地質(zhì)勘查中,融合測繪遙感技術(shù)和GIS基礎(chǔ)上,還需融合其他技術(shù),如高光譜數(shù)據(jù)與微波遙感技術(shù),集精密光學(xué)機(jī)械、探測器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微弱信號檢測、信息處理于一體,使用成像光譜儀顯示圖像,光譜分辨率達(dá)到納米級,成像同時(shí)還能記錄光譜通道數(shù)據(jù),每個(gè)像元上就能提取連續(xù)光譜曲線,同步獲取第五空間信息、光譜信息及輻射信息,發(fā)展前景廣闊。并且,成像光譜儀能夠獲取多波段數(shù)據(jù),波段相關(guān)度高、分辨率強(qiáng)、數(shù)據(jù)冗余大,擁有豐富的光譜信息層次,波段不同信息變化量也有所差異,以此建立巖石光譜模型,可將礦物封堵反映出來,借助高光譜分辨率、窄波段特點(diǎn),結(jié)合豐富紋理信息與專題圖件,能夠加強(qiáng)處理數(shù)據(jù)能力。而微波遙感城鄉(xiāng)與光學(xué)遙感不同,是使用紅外光束投射至物體表面,以天線為接收端,獲取微弱波段生成電壓信號,判斷物理結(jié)構(gòu)特征,具有波段范圍大、穿透性強(qiáng)、全天候特點(diǎn),可用于提取覆蓋地區(qū)信息。此外,還可融合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),對獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析辨識、圖像查看及數(shù)據(jù)融合處理,使用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)細(xì)化圖像,便于人員直觀了解地質(zhì)勘查信息,提高工作效率。

        5 總結(jié)

        綜上所述,地質(zhì)勘查中,測繪遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義,能夠促進(jìn)地質(zhì)勘察向智慧化、數(shù)字化及現(xiàn)代化方向發(fā)展。因此,地質(zhì)勘察應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況,利用遙感測繪技術(shù)提供地形地貌、構(gòu)造底層等信息,以地理信息系統(tǒng)規(guī)范不同類型數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)的有效管理。

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