陳建明，李云鵬，孫衛(wèi)東

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

近幾十年，由于全球工業(yè)化速度加快，面臨著很多生態(tài)問題，因此，我國相關(guān)環(huán)境保護部門提出了環(huán)境遙感調(diào)查計劃，通過該計劃，對各個地區(qū)的地形和生態(tài)問題進行調(diào)查，尋求解決辦法，此項調(diào)查是通過衛(wèi)星遙感資源環(huán)境調(diào)查技術(shù)和地球生態(tài)技術(shù)來繪制地質(zhì)環(huán)境的衛(wèi)星遙感圖[1]。這也是國內(nèi)首次對植被、沙漠化、冰川等生態(tài)地質(zhì)環(huán)境因素進行遙感分析與監(jiān)測，以亞洲相關(guān)環(huán)境資料為基礎(chǔ)，探索亞洲地區(qū)生態(tài)信息。根據(jù)各個地區(qū)的地質(zhì)、地理、文化、經(jīng)濟數(shù)據(jù)、技術(shù)、分析生態(tài)問題的分布規(guī)律特征，從而得出調(diào)查成果，最需要關(guān)注的是對礦山地質(zhì)環(huán)境的遙感調(diào)查。

由于各個產(chǎn)業(yè)對礦產(chǎn)資源的需求越來越大，礦山的開采成為目前的主要問題，因此，由于過度開采產(chǎn)生了許多礦山生態(tài)問題，對礦山地質(zhì)環(huán)境進行遙感調(diào)查對維護礦山生態(tài)環(huán)境，及時修復(fù)礦山的生態(tài)問題來說有重要意義。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦山地質(zhì)環(huán)境破壞主要受幾個因素影響，包括碎石堆、尾礦、露天高坡倒塌、泥石流等。為了實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，必須妥善解決目前的礦山生態(tài)問題[2]。因此需要及時對礦山地質(zhì)環(huán)境進行遙感調(diào)查，傳統(tǒng)的GPS遙感調(diào)查方法采集到的圖像不清晰，因此本文基于國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像設(shè)計了新的礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查方法。能全面準(zhǔn)確，客觀、動態(tài)地為礦山環(huán)境監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持。

1 基于高分辨率衛(wèi)星影像的地質(zhì)遙感調(diào)查方法設(shè)計

1.1 采集礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)

礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)代表了礦山的環(huán)境狀態(tài)，因此需要進行初步采集。遙感影像的四邊形采集法，可應(yīng)用于地質(zhì)監(jiān)測、地形坡度分析等。礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)主要包括DEM數(shù)據(jù)和地形圖數(shù)據(jù)?；诓煌瑢哟蔚恼{(diào)查需求，礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)采集需要適時使用合適的航空遙感技術(shù)，保證采集到的數(shù)據(jù)滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量要求。

在數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)根據(jù)不同的采集精度選擇不同尺寸的圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集的遙感影像數(shù)據(jù)必須連通完整的CRPC、參數(shù)和影像產(chǎn)品(如全色波段和多光譜波段)除此之外，建立正確的數(shù)據(jù)模型有利于數(shù)據(jù)的預(yù)處理。對于實時變化的數(shù)據(jù)，需要盡量采集敏感部分，同時還需要關(guān)閉遙感成像時間，幫助初步計算?；镜乩頂?shù)據(jù)可通過數(shù)字地形圖、DLG線圖采集和遙感影像解譯等方式獲取[3]。礦山道路數(shù)據(jù)主要用于礦山現(xiàn)場調(diào)查的路線規(guī)劃、與道路相關(guān)的特定礦山目標(biāo)識別，以及因道路擴展而引起的變化分類。流域數(shù)據(jù)有助于了解水體的分布情況，可以辨別水體季節(jié)性波動記錄引起的數(shù)據(jù)變化。變化的信息直接影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。因此，準(zhǔn)確了解變化前后影像的地理數(shù)據(jù)的分布，可以有效降低變化的影響，提高變化檢測的準(zhǔn)確性。在實際研究中，需要充分利用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，根據(jù)需要對影像數(shù)據(jù)進行提取。

除此之外，在進行數(shù)據(jù)采集時還可以使用鑲嵌數(shù)據(jù)集進行動態(tài)處理，實時反映當(dāng)前圖像上的處理操作，操作者可以根據(jù)需要及時調(diào)整不同方法的參數(shù)，力求達到最佳效果。Mosaic數(shù)據(jù)集提供了3種方法，即Dodging Balance、直方圖、標(biāo)準(zhǔn)偏差。Dodging Balance是指目標(biāo)顏色，可以改變當(dāng)前圖像中每個像素的值，使圖像均勻過渡。直方圖平衡算法是根據(jù)鑲嵌數(shù)據(jù)集自動計算生成的目標(biāo)直方圖，根據(jù)生成的直方圖可以改變鑲嵌部分的像素值。標(biāo)準(zhǔn)偏差平衡算法創(chuàng)建了鑲嵌數(shù)據(jù)集，并將鑲嵌部分的像素值更改為標(biāo)準(zhǔn)偏差值。當(dāng)多場景圖像的色彩平衡滿足作業(yè)要求時，可以在圖像的重疊區(qū)域定義羽化值，創(chuàng)建接縫線，處理完成后再導(dǎo)出圖像。

1.2 基于高分辨率衛(wèi)星影像進行變化檢測

高分辨率衛(wèi)星影像在礦山遙感調(diào)查中有重要的用處，其可以對礦山中的目標(biāo)進行識別并根據(jù)識別結(jié)果進行環(huán)境模擬。礦山地質(zhì)環(huán)境的變化檢測主要包括圖像差分和圖像保密。遙感影像的差值或比值計算可以去除成像過程中的變形和干擾信息，結(jié)合相應(yīng)的公式來改善地質(zhì)環(huán)境，因此通過高分辨衛(wèi)星影像的波段來進行變化檢測是獲取此時礦山遙感影像特征的主要方法。變化信息通過計算相應(yīng)波段的差異來獲得此時的變化閾值。遙感圖像經(jīng)過預(yù)處理和輻射匹配過程后，圖像的像素值發(fā)生了改變，因此，在差異圖像中，不變區(qū)域的像素值可能接近于0，變化區(qū)域的像素值可能大于0或小于0。像素值的差異會導(dǎo)致背景圖像中產(chǎn)生變化信息，變化檢測的圖像如圖1所示。

圖1 變化檢測圖

由圖1可知，在遙感影像的色彩和輻射匹配效果良好的前提下，高分辨率衛(wèi)星影像法的優(yōu)點是原理簡單、操作快捷、變化信息明顯。由于變化檢測是像素到像素的變化檢測，所以檢測圖像容易產(chǎn)生噪聲，僅根據(jù)變化檢測結(jié)果很難判斷變化的性質(zhì)。

1.3 設(shè)置礦山地質(zhì)遙感變化閾值

等間隔閾值拆分法是指根據(jù)默認的間隔值，將屬性范圍劃分為多個大小相等的子范圍。等間隔的重點是等值性，即間隔范圍內(nèi)的每個閾值都是一樣的。等間隔劃分根據(jù)閾值的分布范圍和劃分的字段數(shù)確定每個范圍的大小，由于每個字段的范圍相同，整個閾值分布范圍的遙感變化確定了子區(qū)間的個數(shù)，也是從結(jié)果中準(zhǔn)確提取變化目標(biāo)信息的關(guān)鍵。

因此，礦山地質(zhì)遙感變化采用了等間隔閾值拆分法，此方法強調(diào)特定屬性值相對于另一個值的數(shù)量。由于分位數(shù)分類將每組的元素分為相同數(shù)量，因此生成的閾值通常會產(chǎn)生誤差。因此，可以將相似的特征放在相鄰的類中，或者將值較大的特征放在同一個類中，還可以通過增加類的數(shù)量來實現(xiàn)閾值最小化。以礦山遙感變化檢測為例，當(dāng)圖像中變化區(qū)域數(shù)量較少時，變化明顯，圖像的背景差異較小，平均值接近于實際狀態(tài)，而累積標(biāo)準(zhǔn)差閾值分類原則只反映變化信息的強度，數(shù)值分布范圍，不能判斷變化信息最明顯的區(qū)域。

1.4 提取地質(zhì)特征

礦山地質(zhì)特征包括植被、陰影、水體等。在實際礦山遙感調(diào)查研究中，當(dāng)研究區(qū)植被覆蓋較厚，且兩幅遙感影像有成像時間時，可以較好地反映研究區(qū)在這兩個時期的活動，因此，可以弱化覆蓋區(qū)域來減少礦山遙感圖像的調(diào)查任務(wù)，如果研究區(qū)的植被很多，植被信息分布不明顯，對植被變化檢測任務(wù)沒有明顯影響，則可以忽略。除了利用植被指數(shù)提取現(xiàn)有信息外，還可以通過變換模擬每個像素的信息內(nèi)容，來計算每個輸入波段與植被信息的關(guān)系。除此之外，如果工作區(qū)域的陰影較多，可以采用二次線性結(jié)構(gòu)進行增強。最終的變化監(jiān)測結(jié)果呈現(xiàn)干擾狀態(tài)時，可以提取DEM數(shù)據(jù)，或者利用色彩空間的變換來增強陰影區(qū)域的調(diào)查結(jié)果。

2 實驗

對礦山地質(zhì)環(huán)境進行遙感調(diào)查可以及時檢測此時的地質(zhì)環(huán)境，實現(xiàn)對礦區(qū)災(zāi)害的預(yù)測，因此，為了檢測本文設(shè)計的調(diào)查方法的調(diào)查準(zhǔn)確度將其與傳統(tǒng)的GPS遙感調(diào)查方法進行對比，進行實驗如下。

2.1 實驗準(zhǔn)備

首先需要將采集到的高分辨遙感數(shù)據(jù)輸入到實驗監(jiān)測設(shè)備中，使用上文設(shè)計的方法，按照流程進行逐一操作，導(dǎo)出此時產(chǎn)生的遙感數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)制定初步檢測方案，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與野外調(diào)查，統(tǒng)計出1500個矢量圖斑，為了保證矢量圖斑的準(zhǔn)確性，還需要進行驗證，驗證后選取部分地區(qū)進行調(diào)查。

2.2 實驗結(jié)果與討論

選取X礦區(qū)符合遙感調(diào)查的區(qū)域，使用本文設(shè)計的基于國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像遙感調(diào)查方法和傳統(tǒng)的GPS調(diào)查方法進行地質(zhì)調(diào)查，調(diào)查的影像如下圖2所示（a代表本文設(shè)計的基于國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像遙感調(diào)查方法，b代表傳統(tǒng)的GPS調(diào)查方法）。

圖2 調(diào)查影像

由圖2可知，本文設(shè)計的調(diào)查方法調(diào)查的影像更清晰，且有辨識度，不容易受到天氣云層的影響，因此本文設(shè)計的方法調(diào)查結(jié)果更精準(zhǔn)。

3 結(jié)語

綜上所述，礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查對保護礦山地質(zhì)環(huán)境，及時進行生態(tài)維護來說非常重要，也對礦山后續(xù)的環(huán)境監(jiān)測有很大的影響，因此本文基于國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像設(shè)計了新的礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查方法，實驗結(jié)果表明，設(shè)計的方法影像更清晰，有辨識度，不容易受到天氣云層的影響，因此精準(zhǔn)度高，但由于礦山的地形復(fù)雜，還需要進行多次遙感調(diào)查，不斷進行優(yōu)化，為后續(xù)的礦山地質(zhì)監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。