遥感技术在河北省武安市矿山地质环境动态监测中应用研究.doc

1遥感技术在河北省武安市矿山地质环境动态监测中应用研究张振生（河北省遥感中心 河北 石家庄 050021）摘要：我国社会经济的快速发展，导致矿产资源需求迅猛增加，随着矿产资源开发强度的不断增大，矿山地质环境日趋恶化，为了及时掌握矿山地质环境的变化信息，应用遥感技术进行动态监测是十分必要的，本文着重介绍了遥感技术在河北省武安市矿山地质环境动态监测中应用的技术路线、技术方法和主要监测成果，并对遥感动态监测进行了技术分析，认为矿山地质环境遥感动态监测精度高、效果好，具有推广应用前景关键词：河北 武安市 矿山地质环境 遥感动态监1、引言改革开放二十多年来，我国社会经济高速发展、矿产资源需求迅猛增加，随着矿产资源开发强度的不断增大，矿山地质环境日趋恶化，给我国社会经济的可持续发展造成巨大压力为了全面掌握我国矿山地质环境现状，及时准确地了解矿山地质环境变化及其发展趋势，国土资源部开展了全国矿山地质环境调查与评估工作，工作中为了提高监测矿山地质环境变化的技术能力，组织进行了矿山地质环境遥感动态监测试点， “河北省武安市矿山地质环境遥感动态监测”项目是其中试点之一，经过二年的工作，项目在遥感动态监测的技术方法和工作流程的研究方面取得了一系列的成果，解决了遥感在矿山地质环境动态监测中应用的关键技术和难题，具有推广应用价值，本文是在该项成果的基础经过进一步的分析和研究而成。

不妥之处，敬请指正2、武安市矿山地质环境现状河北省武安市矿产资源丰富、截至 2003 年底，已发现的矿产 28 种，探明矿产储量有煤、铁、钴（伴生） 、铝土矿、耐火粘土、石膏、水泥用灰岩、溶剂灰岩、水泥配料用灰岩、粘土等10 种主要矿产地 74 处，其中煤矿占 17 处，储量 28788 万吨；铁矿产地 37 处，储量 8772.6万吨；水泥用灰岩矿产地 2 处，储量 10148 万吨；石膏资源量 120275 万吨其中煤、铁资源量及其价值较高该市矿产资源分布比较集中，铁矿主要分布在中西部低山丘陵区，总体呈南北向带状分布；煤矿位于中东部也呈南北向带状分布；水泥用石灰岩则广泛分布于西南部、西部、大都属于寒武系和奥陶系沉积岩从矿产资源开发程度看，截至 2003 年已开发利用矿产 7 种，煤、铁、水泥用石灰岩等主要矿产开发利用高达 94.6%，煤矿 17 处已全部利用，其中有 8 处已停产或闭坑铁矿产地 37 处，有 34 处被利用，其中 21 处已停产或闭坑，石灰岩已全部利用，矿山开发为武安市经济和社会发展提供了大量资源，为钢铁、煤炭、建材三大支柱产业以及相关加工业的形成和发展奠定了2基础，为地方经济建设作出了贡献。

但几十年的高强度开发，已使该区矿产资源几近枯竭，多数老矿山进入生产晚期加之以集体和个体采矿为主，资源利用率低，重开发轻保护据统计，全市铁矿石产量的 80%来自于集体、个体矿山，煤矿产量的 95%来自于集体和个体矿山，这些集体、个体矿山企业大都设备简陋，生产条件差，存在着严重的乱采滥挖现象，造成资源浪费、安全事故频发，小选场尾矿随意排放、污染环境、破坏植被，大量渣堆无序堆积，压占损毁土地，并形成泥石流隐患因此，选择该区进行矿山地质环境遥感动态监测试点具有典型意义3、遥感监测数据源的选择根据武安市矿山地质环境特征和遥感动态监测的目标任务，在该市开展 1∶5 万、重点区1∶1 万的遥感解译为此，我们选择大比例尺的黑白航片和高分辨率的卫星遥感数据作为本次工作的主要信息源，各类遥感数据的性能指标参见表 1在监测时段的选择上，考虑到武安市矿产资源开发历史悠久，时间跨度大，各时期开发强度存在着明显差异的实际情况，监测周期以三个主要历史时期为背景，分别选择改革开放之初的 1984 年，矿业开发高峰期的 1998 年和治理整顿后的 2003 年三个时段，进行对比、分析，反映该区的 1984 年至 2003 年矿山地质环境的主要特征和演变趋势。

表 1 武安市矿山地质环境遥感动态监测数据一览表 Tabie1、the data of mine geological environment dynanvic monvitoring throughremote sensing in wu，an city数据类型 分辨率或比例尺 波段 成像时间 轨道号或测区 成果数或幅数黑白航片 1∶1.2 万—1∶2.5 万 黑白 1984 年 武安市 60 幅Landsat5—TM 30 米 多光谱 1984.10 124—035 1 景IKONOS 1 米 全色 2001.09 武安市 100km² 1 景SPOT4 10 米 全色 1998.09 1 景Landsat7—TM 30 米 多光谱 2003.10 124—035 1 景SPOT5 5 全色 2003.05 1 景4、遥感动态监测4.1 技术流程本次遥感动态监测的总体技术和思路是以遥感图像为主信息源，以当地的矿产开发及地质3环境资料为辅助信息源，经过遥感图像预处理和信息增强处理，采用多时相遥感图像对比解译和遥感图像与已有资料综合分析的工作方法进行矿山地质环境监测，具体技术流程参见《流程框图》图 1。

4.2 主要技术方法4.2.1 遥感数据处理主要包括遥感数据几何精校正、配准和融合由于本次监测涉及的遥感数据时相不同、精度不同、波段不同，因此，做好遥感数据的几何精校正、配准和融合处理是保证监测精度的首要前提1）几何精校正根据工作区地处丘陵山区的实际情况，按照不同区域监测精度不同的要求，首次利用1∶2.5 万和 1∶1 万地形图分别提取了 1∶2.5 万和 1∶1 万精度的 DEM，即对不同类型的遥感图像采用了不同的纠正方法，其中，SPOT 影像和航片、IKONOS 影像采用正射影像的方法校正对于 TM 影像采用多项式方法校正，纠正后的控制点中误差一般不超 0.5 个象元或不大于 2.5 米，满足监测精度要求2）配准1:25000 地形图栅格化 1:10000 地形图栅格化提取 1:25000 精度 DEM 提取 1:10000 精度 DEM选取控制点SPOT 数据正射校正 1984 年航片正射校正IKONOS 数据正射校正TM 数据多项式校正、配准SPOT 数据与 TM 数据融合矿山地质环境信息提取野外调查验证建立空间数据库选取控制点 选取控制点IKONOS数据融合监测成果输出4图 1 矿山地质环境遥感监测流程框图Fig.1、flow chart of dynamic monitoring of themine geologic enviroment配准采用多项式方法，将低分辨率数据配准到高分辨率的遥感图像上，如 TM30 米数据配准到 SPOT5 米数据上，IKONOS4 米数据配准到 IKONOS1 米数据上。

3）融合通过低空间分辨率多光谱数据与高空间分辨率的全色波段数据的融合，将遥感图像的波谱优势与空间优势都得到了发挥，可以大大提高遥感图像的解像力同时，不同时相遥感数据或不同时相遥感图像与已有矢量图件的融合是提取变化信息的重要技术方法本次工作融合的数据组合为：1998 年 SPOT4 10 米全色波段与 1999 年 LandsatTM30 米多光谱波段融合和 2003 年SPOT5 5 米全色波段与 2003 年 SPOT5 多光谱波段融合采用 3HIS、主成分变换等多种融合方法4.2.2 矿山地质环境变化遥感提取方法（1）矿山地质环境要素的解译要提取变化信息，首先要将不同时点的表征矿山地质环境状况的要素信息解译出来，然后通过不同时点地质环境要素的对比获取变化信息本次遥感解译的矿山地质环境要素主要有采场、渣堆、尾矿库、地面塌陷、地裂缝、群采矿点等矿山开采要素信息和矿山地质灾害信息等，详见矿山地质环境解译标志一览表，表 2表 2 矿山地质环境解译标志一览表解译目标对象 色调 影纹 形状 植被 人文自然景观采场或采坑采石场为浅色调，金属矿为较深色调斑点状或不规则状耀斑影纹碟状或不规则条带 无植被丘陵或低山区有道路相通，人为活动明显渣堆浅灰色调或深色调斑点状斑块状、月牙状或线状圆形或半圆形锥状堆积、沿沟呈不规则状条带植被稀少与采场或采坑相伴而生，常位于采场下游尾矿库浅淡色调、靠近坝缘因积水而呈深色调亮斑面状或三角形影纹半圆形或不规则长条形无植被常位于沟谷或山口处，下游河流多呈深暗色，多位于采场周边地面塌陷 深色调间夹浅色调 指纹状或带状斑纹圆形或椭圆形碟状洼地植被分布不均匀煤矿多位于丘陵或平原，金属矿分布于低山丘陵，均有道路相通多源数据综合分析 开发遥感动态监测系统5解译目标对象 色调 影纹 形状 植被 人文自然景观地裂缝 深浅不一的色调 线状或条带状直线状陡坎或线状低凹地形植被分布不均匀山体出现垭口，平地常有陡坎，含水性及湿度存在差异煤矸石堆 黑色或深黑色圆形黑斑或不规则状黑斑圆形或无规则形状 无植被多位于丘陵或平原的煤矿区群采煤矿点 深黑色或紫棕色块状、星点状，浅色亮点为临时建筑或工棚，暗色为煤矸石或煤堆似圆形或扁圆形及条形不等国有煤矿周边，常集群分布，有运煤小路相通自然地貌景观之上不协调的深色斑块，道路因撒落煤尘呈暗色调群采铁矿点 紫粉色或蓝灰色影纹粗糙，图斑边缘犬牙齿痕不规则斑块状或星点状大型铁矿区周边，矿山道路呈蠕虫状与之相连貌似地貌疮疤和溃烂，与景观形成极大反差（2）变化信息提取方法采用方法有差异主成分分析、光谱差异法、分类比较法和人机交互解译等多种方法，其中以人机交互解译为主要方法，所谓人机交互解译是在计算机上变化信息特征增强的图像中，用GIS 数据的辅助制图功能勾绘出矿山地质环境要素的变化区域，并结合现状图和实地调查确定变化类型，解译的基本信息包括色调、颜色、大小、形状、纹理、结构、高度、阴影、组合构型和所处的地理位置等。

人机变化解译最大的优点是灵活，并由于加入了解译者的经验和判断，信息提取精度相对较高4.3 监测的主要成果从 1984 年到 2003 年为止，工作区内整体矿业活动强度（见图 2）逐年增强，主要表现在采铁、采煤、采石料几个方面群采铁矿点在 98 年左右达到一个高峰，达到 458 处，是这三年中个时点数量最多的群采煤矿点则呈逐年递增的趋势，到 2003 年达到了 498 处，以 84--98 年6时段增长最为迅速，增长率达到 164.12%，在几个较大煤矿区中，以康二城煤矿区采煤点最多、增长速度最快伴随采煤活动，煤矸石压占土地问题同比例增加随着铁矿开采活动的日益增强，渣堆堆放、尾矿砂排放对环境的影响越来越大，土地破坏日趋严重 （见表 2）表 2 1984 年至 2003 年矿山地质环境问题变化情况一览表Tabie2、the changes of the mine geologic enviroment proble from 1984 to 20031984 年 1998 年 增长百分比 2003 年 增长百分比矿山地质环境问题种类处数压占或破坏土地面积(m 2)处数压占或破坏土地面积(m 2)处数(%) 面积(%) 处数压占或破坏土地面积(m 2)处数(%) 面积(%)采场 93 1959939 32 1206091 -65.59 -38.46 96 2111845 200.00 75.10渣堆 164 4657690 214 12606227 30.49 170.65 302 15410137 41.12 22.24尾矿砂 17 774850 94 11575288 452.94 1393.87 130 11011039 38.30 -4.87矸石堆 7 191411 36 730931 414.29 281.86 78 1507981 116.67 106.31塌陷 5 114024 13 799645 160.00 601.29 29 2079509 123.08 160.05选矿点 30 1053620 81 2844775 170.00 170.0。