陳建明，匡 威，孫衛(wèi)東

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

在礦山領(lǐng)域當(dāng)中，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因是受到地殼運(yùn)動(dòng)的影響，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，巖石圈、水圈等之間形成相互作用。在較為劇烈的作用下，礦山區(qū)域范圍內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境、生物活動(dòng)、人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)等都會(huì)受到一定的威脅和損失，甚至帶來(lái)不可挽回的后果發(fā)生。同時(shí)，一方面，當(dāng)前部分地區(qū)人類(lèi)居住環(huán)境較為惡劣，周?chē)刭|(zhì)條件較差，因此使得潛在的原生地質(zhì)會(huì)在外界活動(dòng)的影響下，出現(xiàn)更加嚴(yán)重的災(zāi)害問(wèn)題。另一方面，人類(lèi)在工程活動(dòng)中人為造成的次生地質(zhì)災(zāi)害的威脅，使得區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)土資源規(guī)劃、城市建設(shè)等決策制定和實(shí)施中不可忽視的約束問(wèn)題之一[1]。當(dāng)前，針對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題的評(píng)價(jià)方法仍然停留在主觀評(píng)價(jià)層面上，并且得出的評(píng)價(jià)結(jié)果常常會(huì)受到評(píng)價(jià)人員主觀思想的影響，導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際存在較大出入問(wèn)題，無(wú)法對(duì)后續(xù)礦山建設(shè)和施工提供有利的評(píng)價(jià)條件。遙感技術(shù)是近幾年被廣泛應(yīng)用于礦山領(lǐng)域當(dāng)中的一項(xiàng)技術(shù)手段，其主要作用是利用各類(lèi)傳感器設(shè)備對(duì)距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行收集、處理和成像。利用該技術(shù)獲取到的遙感影像能夠?yàn)榈V山建設(shè)提供更加有利的可視化圖像信息，基于此開(kāi)展礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)研究。

1 基于遙感技術(shù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

1.1 基于遙感技術(shù)的礦山多源遙感數(shù)據(jù)選取及特征對(duì)比

為實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，將利用遙感技術(shù)獲取到的礦山多源遙感數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，針對(duì)其具體特征進(jìn)行分析，從而為后續(xù)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指標(biāo)體系構(gòu)建提供條件。結(jié)合遙感技術(shù)，針對(duì)需要進(jìn)行評(píng)價(jià)的礦山地質(zhì)，采集36個(gè)波段數(shù)據(jù)。在采集過(guò)程中，設(shè)置光譜的波長(zhǎng)范圍在0.25μm~12.25μm。針對(duì)礦山中植被覆蓋區(qū)域可利用NDVI對(duì)其覆蓋度進(jìn)行計(jì)算，以此更加詳細(xì)地反映植被覆蓋的空間變化趨勢(shì)以及空間差異[2]。NDVI的波段為紅外和近紅外兩種類(lèi)型波段組成，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，得到的影響能夠直接反映礦山地表的反射率，以此當(dāng)波幅變得相對(duì)狹小時(shí)，可以進(jìn)一步降低或剔除近紅外波段區(qū)域范圍內(nèi)的水汽吸收而造成多源遙感數(shù)據(jù)選取出現(xiàn)誤差的問(wèn)題。

通過(guò)衛(wèi)星傳感器獲取到的像元值為無(wú)量綱化的DN數(shù)值，因此需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此得到相應(yīng)的反射率，其計(jì)算公式為：

公式（1）中，β表示為衛(wèi)星傳感器輻射反射率；L表示為輻射亮度數(shù)值；d表示為日地距離；S表示為太陽(yáng)光譜輻射量；θ表示為太陽(yáng)與地面之間的夾角。完成對(duì)礦山多源遙感數(shù)據(jù)的選取，選取情況如下圖所示，選擇出可能影響礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的因素。結(jié)合得到的遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)礦山植被覆蓋區(qū)域和其他地物進(jìn)行區(qū)分，通常情況下，近紅外反射率在0.73μm~1.25μm范圍以?xún)?nèi)，通過(guò)上述計(jì)算，將在這一范圍內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的遙感影像作為植被覆蓋特征[3]。同時(shí)，不同植被在近紅外波段都有著較高的反射，植被的郁閉度越大，則相應(yīng)的近紅外波段的反射也越大，反之同理。其次，根據(jù)遙感技術(shù)得到的地物波譜特征及特點(diǎn)，大部分造巖礦物的識(shí)別率均較高，大致在1.62μm~1.72μm范圍以?xún)?nèi)，同時(shí)近紅外波段與礦山礦床的分布特征之間也有著直接的關(guān)聯(lián)。在對(duì)礦山地質(zhì)是否存在斷裂帶進(jìn)行判斷時(shí)，綜合遙感影像、礦山巖性、水系標(biāo)志等對(duì)其進(jìn)行綜合判斷和分析。

圖1 礦山遙感數(shù)據(jù)選取圖

1.2 構(gòu)建礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指標(biāo)體系

在上述礦山多源遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析影響礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的因素，按照層次分析，將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為三個(gè)層次，其中目標(biāo)層為礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，因素層包括基礎(chǔ)因素和誘發(fā)因素兩種，第三層包含八個(gè)影響危險(xiǎn)性的因子，即坡度、斷層距離、坡向、巖性、植被、河網(wǎng)距離、降雨、人類(lèi)工程活動(dòng)。運(yùn)用敏感型指數(shù)分析法確定各個(gè)因子的災(zāi)害敏感性指數(shù)，其公式為：

公式（2）中，I表示為某一評(píng)價(jià)因子的災(zāi)害敏感性指數(shù)；Pij(G)和Pij(L)表示為某一評(píng)價(jià)因子i的j個(gè)屬性類(lèi)當(dāng)中災(zāi)害危險(xiǎn)性隱患點(diǎn)的柵格數(shù)和不存在災(zāi)害危險(xiǎn)性隱患點(diǎn)的柵格數(shù)；Pi(G)表示為某一評(píng)價(jià)因子i當(dāng)中所有災(zāi)害點(diǎn)柵格個(gè)數(shù)；Pi(L)表示為某一評(píng)價(jià)因子i當(dāng)中所有無(wú)災(zāi)害隱患點(diǎn)的柵格個(gè)數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用該評(píng)價(jià)方法時(shí)，可將各個(gè)因子的災(zāi)害敏感性指數(shù)作為其相應(yīng)的權(quán)重，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)性的量化評(píng)價(jià)。

1.3 基于模糊綜合法的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃

為了更加清晰地明確不同區(qū)域的災(zāi)害危險(xiǎn)性情況，對(duì)其按照危險(xiǎn)性嚴(yán)重程度劃分為低、中、高三個(gè)等級(jí)針對(duì)危險(xiǎn)性等級(jí)與評(píng)價(jià)因子呈正相關(guān)分布的特點(diǎn)，結(jié)合模糊綜合法得到無(wú)量綱化公式為：

公式（3）中，K表示為無(wú)量綱化結(jié)果；X表示為分級(jí)代表值；maxY表示為評(píng)價(jià)的最大臨界值。根據(jù)得出的K值，將0~0.2范圍作為高危險(xiǎn)性區(qū)域；將0.2~0.8范圍作為中危險(xiǎn)性區(qū)域；將0.8~1.0范圍作為低危險(xiǎn)性區(qū)域。將其相應(yīng)函數(shù)繪制如圖2所示。

圖2 三種不同地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性函數(shù)圖像

圖2中U1表示為低危險(xiǎn)性函數(shù)；U2表示為中危險(xiǎn)性函數(shù)；U3表示為高危險(xiǎn)性函數(shù)。橫坐標(biāo)為經(jīng)過(guò)無(wú)量化后參評(píng)因子的數(shù)值；縱坐標(biāo)為相應(yīng)的評(píng)價(jià)因子隸屬度數(shù)值。在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中，與定量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)存在一定區(qū)分，可采用經(jīng)驗(yàn)取值法對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定性，完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃。

2 兩種評(píng)價(jià)方法應(yīng)用效果對(duì)比分析

本文通過(guò)上述論述，在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證該方法在實(shí)際礦山環(huán)境當(dāng)中的應(yīng)用效果，選擇以某地區(qū)礦山作為依托，針對(duì)其礦山區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。設(shè)置本文基于遙感技術(shù)的評(píng)價(jià)方法為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)基于專(zhuān)家可信度的評(píng)價(jià)方法為對(duì)照組。已知被評(píng)價(jià)礦山長(zhǎng)期處于干旱少雨?duì)顟B(tài)，每年平均降水量約為400mm，并且由于長(zhǎng)時(shí)間處于陽(yáng)光照射狀態(tài)下，蒸發(fā)量較大，具有典型的中溫帶半干旱大陸性氣候類(lèi)型的特點(diǎn)。該礦山地形總體呈現(xiàn)出南高、北低的特點(diǎn)，其最高位置的海拔可以達(dá)到1523m，最低位置的海拔為1023m，平均海拔高度為1235.25m。該礦山地質(zhì)以粉沙、粉土為主，水土流失十分嚴(yán)重。分別利用實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)方法和對(duì)照組評(píng)價(jià)方法對(duì)該礦山地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將該礦山按照東、南、西、北、東南、東北、西南、西北劃分為八個(gè)不同區(qū)域，分別得出實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組對(duì)上述八個(gè)不同區(qū)域的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，并將評(píng)價(jià)結(jié)果代入到如下公式當(dāng)中，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率進(jìn)行計(jì)算：

公式（4）中，γ表示為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率；iK表示為實(shí)驗(yàn)組或?qū)φ战M評(píng)價(jià)方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果；D表示為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)包含天數(shù)。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出8個(gè)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害頻率，并將結(jié)果記錄如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組地質(zhì)災(zāi)害頻率預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比表

從表1得出的三組數(shù)據(jù)可以看出，在8個(gè)不同區(qū)域上，實(shí)驗(yàn)組得出的值明顯比對(duì)照組更加接近于實(shí)際數(shù)值。因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本文引入遙感技術(shù)后的評(píng)價(jià)方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果精度更高，與實(shí)際更相符，可為地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提供條件。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的諸多問(wèn)題，本文引入遙感技術(shù)，開(kāi)展對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過(guò)研究提出一種全新的評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的應(yīng)用價(jià)值。在后續(xù)的研究中還將針對(duì)更多影響礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的因素進(jìn)行更加全面分析，從而不斷提高評(píng)價(jià)的綜合性，進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。