RS與GIS技術在遼寧撫順礦山調查中的應用*

揭文輝 章新益 吳 蔚 薛 慶 王瑞軍

(核工業航測遙感中心)

遙感技術(Remote sensing，RS)是從遠距離感知目標反射或自身輻射電磁波、可見光、紅外線，對目標進行探測和識別的技術，主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環節，近年來被廣泛用于地球資源普查、植被分類、土地利用規劃、農作物病蟲害和作物產量調查、環境污染監測、地震監測等方面［1］。國外利用RS技術對礦山活動及礦山環境的調查與監測較早，美國早在1969年便組織了相關部門利用遙感技術對煤矸石堆、煤礦區土地復墾等進行動態監測，取得了明顯效果［2］。在國內的相關研究中，2002年，王曉紅等［3］首次對江西崇義鎢礦進行了動態監測，對比分析了TM、SPOT和QuickBird數據進行礦山監測的優劣，并進行了計算機自動信息提取;周萍等［4］詳細介紹了空間RS技術用于礦山安全監測的主要內容和技術方法;劉美玲［5］利用MSS、TM遙感數據和GIS技術對礦區生態環境進行了監測和評價。以遼寧省撫順市某區域作為研究區，適時獲取該區Pleiades遙感數據，充分利用RS與GIS技術并結合模糊數學方法對研究區礦山開發狀況及礦山環境進行評價，并分析了RS和GIS技術在礦山調查中的應用成果。

1 研究區概況

研究區位于遼寧省撫順市，行政區域涉及撫順縣、望花區、東洲區，總面積875 km2。區內主要有鐵礦、銀礦、建筑用花崗石、建筑用砂、磚瓦用黏土等礦種，礦山企業共有81家(金屬礦71處，非金屬礦10處)，礦山開采方式包括地下開采和露天開采，區內重點調查礦種為鐵礦。區內礦山企業較多，隨著礦山開采規模、強度的不斷擴大，產生的礦山環境問題也不斷增多。根據遼寧省礦山地質環境調查資料，礦山環境問題突出表現在破壞和占用大量的土地資源、嚴重破壞自然景觀和旅游資源、水土污染問題及引發大規模的地質災害(滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等)。區內礦山活動較多，固體廢棄物排放嚴重。研究區涉及“礦山復綠”行動治理的礦山10個，治理年度為2014年，治理措施為地貌景觀修復及植被綠化，治理面積共36.322 hm。

2 研究方法

2.1 遙感數據源

研究區選擇最新時相的Pleiades遙感數據，空間分辨率為0.5 m，無云覆蓋、無云影、影像清晰、反差適中，影像內部和相鄰影像間無明顯偏光、偏色現象，質量較好。Pleiades衛星參數見表1。

表1 Pleiades衛星參數

2.2 研究流程

本研究搜集研究區的資料主要有遼寧省區域地質志，各比例尺區域地質調查報告，礦區專題研究報告，調查區礦產資源總體規劃，相應比例尺的地形資料及DEM數據資料，采礦權、探礦權、礦山環境恢復治理等基礎數據。通過ArcGIS軟件平臺，疊加衛星影像及搜集到的礦權、規范等資料，建立礦山占地、礦山地質災害區、礦山環境、礦山恢復治理區等解譯標志進行信息提取，在此基礎上通過野外實地調查與室內綜合研究相結合開展礦山調查工作，技術路線見圖1。

圖1 礦山調查技術路線

2.3 研究方法

首先，對搜集的原始影像進行預處理，在保持足夠信息量和清晰度的前提下，對原始影像進行去條帶和濾波處理，對輻射度畸變較大的原始影像應進行輻射度糾正處理;其次，對影像數據進行幾何糾正，主要采用地形圖糾正法，選取影像與地形圖上均較清晰的同名地物作為影像校正的控制點，平面坐標系統采用1980西安坐標系，高程系統采用1985國家高程基準，投影方式采用高斯-克呂格投影，影像經處理后，進行無縫鑲嵌處理，在相鄰影像重疊區內選擇同名點進行嚴格對準，擬合中誤差控制在1個像元以內;最后，進行多光譜與全色影像融合，采用紅、綠、藍的真彩色合成方式，生成高分辨率彩色影像，見圖2。由圖2可知:色彩層次豐富，紋理信息清晰，礦山建筑、開采面、道路等信息能夠很好地反應在影像上，與自然色彩最為接近。

圖2 Pleiades多光譜與全色融合真彩色影像

礦山調查的專題信息提取以ArcGIS軟件為主要數據平臺，將處理后的模擬自然真彩色影像疊加最新的礦權數據、資源規劃數據及礦山環境恢復治理數據等，以目視解譯及計算機自動提取相結合的方法對各類開發狀況和環境專題信息進行識別。礦山調查的主要內容包括礦山開發狀況及礦山環境，據此建立開采面、采場、固體廢棄物、礦山道路、礦山建筑、排土場、尾礦庫及開采井等解譯標志［6-7］，在此基礎上對調查區進行影像解譯。

2.4 野外調查驗證

研究區共解譯圖斑551個，對該類解譯圖斑進行野外驗證，主要是對解譯過程中存在疑問的圖斑、復綠工程、礦山地質災害等進行驗證。本研究開展的研究區野外調查情況見圖3，其路線長度總計401 km，完成野外驗證點56個，驗證圖斑107個，驗證率19.42%，其中解譯正確105個，正確率98.13%。

圖3 研究區野外調查

3 礦山調查結果

3.1 礦山開發狀況

通過對研究區進行野外驗證，結果見表2。由表2可知:區內所發現的采礦點中，合法開采點101處，關閉或廢棄開采點232處，疑似違法開采點10處;區內開采鐵礦點共300處，占整個工作區開采點數量的87.46%，其次為建筑用花崗石，共20處，占整個工作區開采點數量的5.83%。

表2 調查區礦山遙感調查結果

3.2 礦山開發環境

經調查，區內礦產資源開發占地情況見圖4。各類礦山占地面積共計1743.29 hm，占調查區總面積的1.99%。區內各類占地中金屬礦山占地面積1530.73 hm，非金屬礦山占地面積212.56 hm，其在調查區內的分布情況見圖5。

圖4 礦產資源開發占地統計

調查區內固體廢棄物主要為排土場、尾礦庫及尾礦堆，調查結果顯示:排土場占地面積117.86 hm，尾礦庫占地面積231.30 hm，尾礦堆占地面積11.52 hm。不按規定處理及堆放的排土場、尾礦堆為地質災害(崩塌、滑坡、泥石流等)隱患區、易發區。調查結果表明，由于礦山開采引起的災害隱患區有3處(其中滑坡1處，泥石流2處)，調查區內涉及“礦山復綠”行動治理礦山10個，“礦山復綠”恢復治理工程5個，治理面積4.87 hm。

4 結語

以遼寧省撫順市某區域為研究對象，總結了高分辨率衛星遙感影像與GIS技術在礦山調查中的工作流程。調查結果表明，利用RS技術能夠快速、準確、及時地對目的區域礦山開發狀況及礦山開發環境進行分析和評價，可為相關部門整頓礦業秩序、合理開發礦產資源，保護地質環境，及時消除地質災害隱患提供準確的基礎數據。

［1］ 劉鵬飛，帥 爽，陳 安.礦山遙感監測 ZY-3影像與SPOT-5影像對比分析［J］.現代礦業，2015(8):127-129.

［2］ 夏 樂.遙感技術在礦山開發監測中的應用——以湖南郴州蘇仙區為例［D］.北京:中國地質大學(北京)，2008.

［3］ 王曉紅，聶洪峰，李成尊，等.高分辨率衛星數據在礦山開發狀況及環境監測中的應用效果比較［J］.國土資源遙感，2004，26(5):235-237.

［4］ 周 萍，李志忠.空間遙感技術(3S)用于礦山地質環境與生產安全監測［J］.中國礦業，2002，28(2):127-130.

［5］ 劉美玲.基于GIS和RS的礦產資源開發生態環境效應監測與評價［D］.北京:中國地質大學(北京)，2006.

［6］ 楊貴軍，武文波，陳步尚，等.土地利用遙感監測中變化信息的提取方法［J］.東北測繪，2003，26(1):18-21.

［7］ 秦緒文，楊金中，康高峰，等.礦山遙感監測技術方案方法研究［M］.北京:測繪出版社，2011.