浅议矿山地质环境遥感监测方法

浅议矿山地质环境遥感监测方法
作为现代工程勘测的重要技术方法，卫星遥感技术的应用对于提高矿山地质环境的监测效果及范围具有重要作用。

文章首先介绍了矿山地质环境遥感监测的关键技术，然后具体探讨了矿山地质环境遥感监测的方法，以期为相关技术与研究人员提供参考。

标签：矿山；地质环境；遥感监测
传统矿山地质灾害的发布通常采用实地调查、群众举报的方式进行，此种方式不仅效率较低，受空间视野约束较大，且难以开展矿山地质灾害的动态变化分析及预测评估。

利用遥感技术信息丰富、多波段、广视域、可重复成像等优点，通过与全球卫星定位系统技术及地理信息系统技术相结合对矿山地质环境进行监测，可有效提升检测效果的准确性与可靠性。

因此，加强有关矿山地质环境遥感监测方法的研究，对于改善矿山地质环境监测质量具有重要的现实意义。

1 矿山地质环境遥感监测关键技术
1.1 图像处理关键技术
在矿山环境监测中，实施监测的两个时相的遥感影像需具备一致的空间分辨率、成像时间及成像季节，且具备相同的植被覆盖状况及光谱值。

但因遥感影像成像环境差异，遥感影像间常存在较多的辐射误差与几何误差，所以在遥感影像变化监测中要对成像环境进行修正，降低成像环境的误差量。

1.1.1 辐射校正：其基本目的是尽量消减影像因太阳高度角、大气条件及传感器影像的形成的遥感成像与真实地物间的辐射亮度差异，通常分为相对辐射校正与绝对辐射校正两种方法；相对辐射校正是依据选定的参考图像，将其与同地区内的其他遥感影像进行辐射匹配，以消减影像间的辐射差异，其常用的矫正方法由基于伪不变特征的校正、基于统计量的校正及直方图匹配等。

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1.1.2 影像融合：其基本目的是将采用不同尺度、不同传感器类型获取的同地区的影响通过相应处理措施以改善影响的光谱信息、空间分辨率和纹理信息等特征；当前常用的融合方法有多时相影响融合、不同分辨率影像融合、不同传感器影像融合、多波段影像数据融合等类型；HIS变换法是当前影像融合算法的常用算法，此种算法简单且方便操作，可有效增强影像色彩信息与空间信息特征，但对于植被颜色信息特征处理水平较低，主要是因为植被吸收可见光，且反射红外光，而全色波段内包含的一些近红外波段信息会在全色波段高亮显示，较小的颜色噪声便会被放大。

1.2 信息提取关键技术
1.2.1 基于地理信息系统的矿山地物识别技术：此技术主要是以面向对象遥
感处理技术为前提，通过对遥感影像进行图像分割以形成图像对象，进而深入提取分类辅助信息，并采用空间分析方法完成空间目标物识别，从而实现矿山地质环境遥感监测；图像分割中需考虑空间信息与影响光谱信息两方面的因素。

1.2.2 影响直接对比法采集变化信息：常用的有内积分析法、影像差值法、变化向量分析法、影响比值法等检测方法；影像差值法的基本原理是对时相t1的遥感影像与时相t2的遥感影像做减法，若影像间差异较小，则相减结果应趋近于零或为零，若影像间差异较大，则结果应表现为较大值；一般差值影响亮度值按照高斯分布，计算时可对差值影响结果求绝对值以保证差值结果均为非负值。

2 矿山地质环境遥感监测方法
2.1 崩塌遥感监测方法
崩塌通常是露天采石采矿、道路开挖等造成的，大多数会产生在节理裂隙发育的陡崖位置，破损面凹凸差异大，上陡下缓。

遥感影像上崩塌体后缘发育呈现弧形或直线形，阳坡呈现浅色条区块、阴坡呈现深色阴影区带。

为便于凸显崩塌发育状况，对ETM、TM图像使用741与453波段进行组合和线性增强处理，从而提高山体完整度、植被覆盖率、岩性特征反映的清晰度；对于SPOT213波段组合图像通过直方图调整与HSV融合增强处理，可提高地形地貌显示的清晰度；对于SPOT5图像校正时应增加控制点数量，并使用几何多项式实施三次卷积重采样法变换，可保证图像精确度；对部分航片数据实施对比度拉伸，可有效凸显山体细节。

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依据不同片种的遥感分析表明，ETM与TM图像对于崩塌宏观地质条件的显示水平较高，而对于崩塌产生的形态特征显示水平较低。

通常崩塌形态要素在航片、SPOT5图像中具有较高的精度，其崩塌壁大多数呈现浅色调，轮廓线清晰。

2.2 采空塌陷遥感监测方法
在不同地区不同矿种中，采空塌陷对于地表的破坏程度也会不同，在遥感图像中会表现出明显的差异性。

在TM图像中塌陷会呈现出单独的椭圆形或环形斑点与板块，不同斑块间的明暗程度也不相同；因塌陷坑是具有不同深度的负地形，在阴影条件下其可呈现出明显的立体效果。

塌陷坑的阴影通常会产生在环形斑块内侧的下半部，而土堆阴影通常会产生在环形斑块内侧的上半部，与正地形立体效果正好相反，其是判断塌陷坑的基本指标。

因B4水体反映效果好，B5信息量较多，在不同地质类型的反差较大，B1具有较高的水体亮度值，所以使用TM451段可有效呈现塌陷区的变化状况。

因矿区大气污染相对严重，可对图像实行滤波或对比度拉伸处理，以改善其细节显示水平。

由于采空塌陷区与周围地质环境间的差异较大，可使用阙值法实
施塌陷地信息采集，并采用3波段差值彩色合成法对采集结果进行处理，由此便能充分反映塌陷区接近10年的动态地形变化。

若塌陷区被掩埋，则其塌陷类型在图像上的识别水平主要由遥感信息空间分别率决定；使用全色波段与SPOT213波段组合对融合图像进行处理，且开展2%的线性增强，根据色调及纹理特征状况可有效采集塌陷区的细节信息；对于部分塌陷坑范围较小且不存在积水的矿山，可使用IKONOS、Quickbird等高分辨率遥感图像实时监测。

2.3 矿山污染遥感监测方法
通常矿区因采矿导致的废水、大气、废液、粉尘污染等造成的水体污染较为严重。

采用ETM、TM图像对煤矿开采点进行监测，可发现图像中的DN值差异较大，因此在监控中应使用SPOT5波段与743波段进行组合，通过小波变换融合发实行中值滤波处理及直方图变换。

如对于某煤矿原始TM图像分析发现，其灰度分布范围较小、亮度值较低，对比度较弱，实施线性拉伸处理，对不同波段灰度分布范围进行扩展，可使合成图像效果显示水平大幅度改善；对一些重点区域进行分段线性拉伸，其并不会造成原始数据变动，且容易对大气污染状况进行解释。

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因石灰岩矿山周围、运煤通道及煤矿区等长时间堆放大量煤渣粉等物质，使得矿区粉尘污染较为严重，其在TM543波段假彩色合成图像中可呈现出明显的亮白色或暗褐红色；而矿坑中排出的污水在影响中可呈现明显的粉红色。

ETM 与TM光谱信息量较大，可有效监测矿区大气污染状况；而采用SPOT5光谱圖像可明显反映矿山水体、粉尘污染状况。

3 结束语
遥感监测技术的应用水平将直接关系着矿山地质环境的整体监测效果与质量，因此，相关技术与研究人员应加强有关矿山地质环境遥感监测方法的研究，总结遥感监测关键技术及不同矿区地质类型遥感监测措施，以逐步改善矿山遥感监测技术的应用质量。

参考文献
[1]张进德，田磊，赵慧.我国矿山地质环境监测工作方法初探[J].水文地质工程地质，2011，05（35）：57-58.
[2]陈伟涛，张志，王焰新.矿山开发及矿山环境遥感探测研究进展[J].国土资源遥感，2012，06（10）：61-62.
[3]王逊，陈伟涛.遥感技术在黑龙江省矿山地质环境监测中的应用[J].安全与环境工程，2013，13（14）：74-75.。