任酉貴 許欣欣

（遼寧省自然資源服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110001）

1 引言

近年來，衛(wèi)星遙感技術(shù)作為一種先進(jìn)的測繪技術(shù)，在對地觀測中具有快速、信息量大、成本低等特點(diǎn)，在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用[1]，其中，國產(chǎn)高分二號(hào)衛(wèi)星的空間分辨率達(dá)到亞米級(jí)，具有高輻射精度、高定位精度和快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力等特點(diǎn)，將在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中發(fā)揮更大作用。濟(jì)源市礦產(chǎn)資源豐富，頻繁的采礦活動(dòng)引起的環(huán)境問題呈多樣化和復(fù)雜化態(tài)勢，礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查可為合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境提供對策和依據(jù)。

2 研究區(qū)概況及高分二號(hào)衛(wèi)星參數(shù)介紹

2.1 研究區(qū)概況

濟(jì)源市位于河南省西北部 ，地處北緯34°53′09″～35°16′50″，東經(jīng)112°01′41″～112°45′46″，全市總面積1931 平方千米,地勢西北高、東南低。濟(jì)源市礦產(chǎn)資源豐富，主要有煤炭、石灰?guī)r、鐵礦、銅礦、硫鐵礦、鋁土礦等。人類通過礦山開發(fā)推動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，但非法開采、無證開采、開采后不修復(fù)不治理等導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，影響了當(dāng)?shù)厝嗣裆詈蜕踩?/p>

2.2 高分二號(hào)衛(wèi)星參數(shù)介紹

高分二號(hào)衛(wèi)星于2014 年8 月19 日成功發(fā)射，搭載有兩臺(tái)高分辨率1 米全色、4 米多光譜相機(jī)，標(biāo)志著我國遙感衛(wèi)星進(jìn)入亞米級(jí)“高分時(shí)代”[2]。高分二號(hào)衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)如表1 所示，有效載荷技術(shù)指標(biāo)如表2 所示。

表1 高分二號(hào)衛(wèi)星軌道和姿態(tài)控制參數(shù)

表2 高分二號(hào)衛(wèi)星有效載荷技術(shù)指標(biāo)

3 技術(shù)流程

濟(jì)源礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的方法，按照“內(nèi)業(yè)解譯采集、外業(yè)調(diào)查核實(shí)”的原則安排任務(wù)，以高分二號(hào)衛(wèi)星正射影像為底圖，以歷史收集的礦山位置、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為輔助，采集地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)的位置范圍。內(nèi)業(yè)難以識(shí)別的區(qū)域標(biāo)成疑問圖斑，進(jìn)行外業(yè)實(shí)地核查，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。具體流程如圖1 所示。

3.1 高分二號(hào)衛(wèi)星影像處理

3.1.1 數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)處理主要包括原始影像數(shù)據(jù)的優(yōu)選、DEM 及控制資料的整理和格式轉(zhuǎn)換等。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)具有多時(shí)相、多分辨率、多云霧、重疊度不均勻等特點(diǎn),衛(wèi)星影像側(cè)視角大小也對成果精度有較大影響，故需提前挑選滿足生產(chǎn)需求的影像：（1）完整、清晰，無大面積噪聲、條紋、云和積雪。（2）盡量避開生長季，植被覆蓋率低人眼更容易識(shí)別。（3）優(yōu)先選擇現(xiàn)勢性強(qiáng)的影像。（4）選擇側(cè)視角小的影像，如山地、高山地側(cè)視角小于20°，平地、丘陵地側(cè)視角小于25°。

圖1 遙感解譯技術(shù)路線

3.1.2 影像幾何處理和DOM 生產(chǎn)

影像幾何處理利用外業(yè)像控點(diǎn)、高精度DEM 作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對全色影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差、多光譜影像單片配準(zhǔn)更新RPC 后，進(jìn)行正射糾正、影像融合、影像增強(qiáng)、勻色、鑲嵌生產(chǎn)正射影像成果。高分二號(hào)DOM 生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖2 高分二號(hào)DOM生產(chǎn)流程

3.1.3 質(zhì)量檢查

成果質(zhì)檢依據(jù)外業(yè)控制資料、DOM、DLG 等數(shù)據(jù)，通過人機(jī)交互方式對影像生產(chǎn)成果進(jìn)行幾何精度檢查，包括絕對精度和相對精度。圖面質(zhì)量檢查是否色調(diào)均勻、紋理清楚、層次豐富、無明顯失真，影像是否存在噪聲、模糊、扭曲、錯(cuò)開、裂縫、漏洞等缺損。

3.2 遙感解譯

不同的地質(zhì)災(zāi)害在高分二號(hào)遙感影像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、影紋結(jié)構(gòu)等均與周圍背景存在區(qū)別[3]。因此，通過人機(jī)互動(dòng)、目視解譯、外業(yè)核實(shí)，總結(jié)項(xiàng)目區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的共性，并建立解譯標(biāo)志，從而完成項(xiàng)目區(qū)已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的調(diào)查。

3.2.1 初步解譯

根據(jù)制作好的遙感影像對調(diào)查區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境點(diǎn)進(jìn)行初步解譯，了解項(xiàng)目區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)和類型，建立解譯標(biāo)志和解譯影像單元。

3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理和遙感解譯標(biāo)志

濟(jì)源市礦山地質(zhì)災(zāi)害主要為地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最為突出。

（1）地面塌陷及地裂縫

地面塌陷主要由煤礦、鐵礦井下開采引起。在煤礦開采區(qū)，地裂縫和地面塌陷往往是伴生的，主要分布在塌陷坑、采區(qū)作業(yè)面四周或塌陷盆地四周和外圍。露天采場和排土場邊坡失穩(wěn)也易引發(fā)卸荷型地裂縫。

遙感影像上地裂縫呈暗色線狀，是地形突變引起光譜差異所致，有平行排列形、折線形和蠕蟲形[4]。其形態(tài)特征有直線形和曲線形。直線形裂縫平直，延伸方向穩(wěn)定；曲線形裂縫呈弧形彎曲，大多由工作面的一側(cè)延伸至另一側(cè)。植被覆蓋程度越低，地裂縫遙感影像越容易識(shí)別，因此，盡量選用植被覆蓋度較低時(shí)間段的遙感影像。地面坍塌地裂縫遙感影像如圖3所示，濟(jì)煤六礦北部地裂縫如圖4 所示。

圖3 地面坍塌地裂縫遙感影像

圖4 濟(jì)煤六礦北部地裂縫

（2）崩塌

崩塌一般發(fā)生在地形切割強(qiáng)烈、巖石破碎的山區(qū)，坡度在45°以上。崩塌在遙感影像上呈弧形、月牙形，深灰色、暗灰色等，后緣或側(cè)緣有陰影，有時(shí)崩塌壁形成陡坎，受光照方向影響，整個(gè)崩塌壁和崩塌體全部或大部分被陰影遮蓋，下方有雜亂崩塌物。崩塌遙感影像如圖5所示，小橫嶺村崩塌毀壞房屋如圖6所示。

圖5 崩塌遙感影像

圖6 小橫嶺村崩塌毀壞房屋

（3）滑坡

濟(jì)源市礦區(qū)多為排土場、廢石場滑坡，或因坡腳開挖形成的臨空面引發(fā)滑坡。

在遙感影像上，滑坡呈白色、灰白色等淺色調(diào)，呈規(guī)則的圓弧狀、門狀?；麦w已完全脫離基巖母體下滑，滑坡體呈長條舌狀、扇形狀，并時(shí)常推擠河流形成間流段，在堆積層滑坡或基巖滑坡的周界內(nèi)緣常見完整或不完整的弧形拉張谷地，形成左右雙溝同源現(xiàn)象?；逻b感影像如圖7 所示，滑坡現(xiàn)場照片如圖8 所示。

（4）泥石流

濟(jì)源礦山泥石流主要是山區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)過程中廢石廢土不合理堆排，暴雨、暴雪或其他自然災(zāi)害所引發(fā)的特殊洪流，也稱為礦渣型泥石流。在遙感影像上，泥石流的物源區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)分布明顯，流通區(qū)呈不規(guī)則條帶狀，末端有紋理粗糙的堆積物。濟(jì)源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像如圖9 所示。

圖7 滑坡遙感影像

圖8 滑坡現(xiàn)場照片

圖9 濟(jì)源白虎溝泥石流溝平面分布衛(wèi)星影像

3.2.3 外業(yè)核查和結(jié)果分析

整 個(gè)項(xiàng)目共解譯出礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)52 個(gè)，其中，對危及礦山設(shè)施、城鎮(zhèn)、重要建筑物、交通、村莊等的礦山地質(zhì)災(zāi)害及其隱患，全部進(jìn)行外業(yè)核查，核查率100%。經(jīng)過野外核查，確認(rèn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)41 個(gè)，占解譯點(diǎn)的78.8%；地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象點(diǎn)11 個(gè)，占解譯點(diǎn)的21.2%。

4 結(jié)語

利用高分二號(hào)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，影像分辨率更高，達(dá)到亞米級(jí)，對地物的識(shí)別能力更好，遙感解譯的精度更高，類別更多、更細(xì)，能夠?yàn)楸Ｗo(hù)礦山環(huán)境以及后期礦山地質(zhì)災(zāi)害治理提供及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)保障。