权台煤矿塌陷区变化趋势研究

王艳 满忠水

摘 要：该文采用SPOT不同时相的数字遥感图像，利用数字图像处理技术和地理信息系统技术，首先对数据经过常规的处理，然后在ENVI的Classifier模块对图像进行了监督分类，在充分分析塌陷区特征、领域知识、遥感影像特征等基础上，采用人机交互式解译，目视解译，提取出了采煤塌陷区信息并进行分析权台煤矿塌陷区变化趋势。

关键词：塌陷区 数字遥感图像 变化趋势

中图分类号：S157.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0053-02

随着人类活动对环境变化的影响，由此引起的土地利用变化备受关注。徐州权台煤矿附近地区因受到煤矿开采的影响形成规模较大的煤矿塌陷地，要掌握塌陷地随开采活动的扩展规律、塌陷区面积、破坏程度、积水区范围等数据资料，遥感图像能快速、周期性地提供塌陷区的大量有关信息[1]。将GIS用于遥感图像处理领域，充分应用地学信息、领域知识及GIS的空间分析功能，进行塌陷地的提取，将有效提高精度[2]。

1 塌陷区信息提取

1.1 遥感信息源选择及图像预处理

在研究中，根据权台煤矿的季节特征，使用了能完全覆盖徐州权台煤矿地区及周边地区两个时相的SPOT数字遥感图像（2007年7月、2009年7月），因为7月是降雨多的时候，塌陷坑积水明显，也是植被生长最旺盛的时期，便于对地面塌陷区信息的提取。

该文首先对SPOT图像做了基于辐射传输理论的6S模型大气校正。然后进行图像的配准，具体是先从徐州市1：10000地形图上选取控制点对2007年的SPOT图像进行校正，然后以2007年SPOT圖像为基准对2009年的SPOT遥感图像进行影像对影像的配准，它们有相同的空间分辨率，该次研究工作中采用双线性内插法进行图像的配准，使它们具有相同投影坐标系统。

1.2 塌陷区信息提取

从遥感图像中提取地面塌陷信息，杜培军等[3]认为可以有三种方法，即（1）直接应用地物影像特征进行目视解译。（2）将塌陷地作为一种用地类型，选择一定的特征分量作为塌陷地的特征，对所有像元进行分类，通过遥感图像分类予以识别。（3）综合应用光谱特性、地学信息、领域知识进行提取。该次研究综合了第（1）、（3）种方法根据塌陷区的特征和知识来提取地面塌陷信息。采煤塌陷区从空间结构上看，具有以下特征。（1）具有坑状结构；（2）宏观连续与微观离散状态；（3）积水特性；（4）表面覆被非均一性。

1.2.1 遥感图像分类

对遥感图像进行分类主要有两种方式为人工目视解译和计算机解译。计算机解译常规的还可以根据分类过程中人工参与程度分为监督分类、非监督分类以及两者结合的混合分类等，还有近年来发展起来的新兴遥感图像分类方法—专家分类。本文采用监督分类方法对权台煤矿塌陷区遥感图像进行分类提取。

训练区的选择主要取决于两个因素：训练样本的代表性和训练样本的数目，本研究所用的遥感图片上的水体呈蓝黑色，而且比较均匀，根据研究需要将研究区景观类型划分成两类即水体和植被两类，水体用红色表示，植被用绿色表示。本文利用ENVI遥感影像处理软件进行这两类训练区的选择。本文作者采用目前最为广泛的监督分类方法—贝叶斯最大似然分类法（MLC）。贝叶斯决策的最大似然分类法，

1.2.2 利用GIS进行信息提取

（1）监督分类图中塌陷区水体的矢量化。

所谓矢量化就是将要作矢量方式处理的光栅目标转换成矢量实体，如直线、圆弧、曲线以及字符等。利用遥感影像处理软件ERDAS把监督分类图转换成.img格式的文件，然后导入到ArcGIS中，根据一定的先验知识判别出塌陷坑积水，对其进行矢量化。小面积的塌陷区由于水体分布不均或积水很少，可以通过目视进行解译。

（2）缓冲区分析。

缓冲区分析是针对点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。由于积水坑往往位于中心地带，需要对积水坑做缓冲区分析，根据经验给出半径，确定塌陷地的区域，绿色区域表示为积水坑，外围的红色区域表示为缓冲区，设定的缓冲区半径为7m。

1.2.3 目视解译

那些积水浅从而水体分布不均的塌陷地或者没有积水的塌陷地，监督分类方法不能自动有效地提取塌陷积水区，而目视解译可以充分利用人的知识，很容易直接从遥感图像上提取地表塌陷区。提取方法是依据采煤塌陷区从空间结构上看具有的特征。

2 叠置分析

把2007年的塌陷区分布图与2009年的塌陷区分布图叠置（如图1所示），与2007年的塌陷地相比较，绿颜色代表没有变化的塌陷地，红色代表增加的塌陷地，黄色代表减少的塌陷地。通过计算面积得到，不变的塌陷地：526 676.6m2，减少的塌陷地：43 850.2m2，增加的塌陷地：66 287.5m2。

3 分析结果

从图1可以看到权台煤矿采煤塌陷区2007年至2009年的塌陷区变化情况，该地区西部分布着大片采煤塌陷地，东部分布着小片的采煤塌陷地，2009年比2007年增加了66 287.5m2的塌陷地，复垦速度赶不上塌陷速度。其扩展方向主要为南方和北方，西部和东部基本稳定，在该区北部和南部塌陷积水区增长速度与该地区煤田的煤层赋存状况及开采推进方向是相吻合的。

4 结语

该文以RS、GIS为技术支撑，对多时相遥感数据采用多种遥感图像处理方法进行了预处理，在充分利用光谱特征、领域知识的基础上，通过遥感影像特征分析，采用人机交互式解译，目视解译，通过GIS技术提取出了塌陷区信息并分析了塌陷区变化趋势。

参考文献

[1] 梁亚红，王贵成.地理信息系统技术与煤矿塌陷区管理[j].河南地质，1999（2）：73-75.

[2] 彭苏萍，王磊，孟召平，等.遥感技术在煤矿区积水塌陷动态监测中的应用[j].煤炭学报，2002（4）：374-378.

[3] 杜培军，郭达志.遥感影像与DTM的复合及其在矿山的应用[J].煤田地质，2000（3）：5-7.