遥感解译在矿山地质环境监测方面的应用

井书文

摘 要：长期以来，矿产开采造成大量矿山环境被破坏，对当地的生态环境、区域经济造成了较大影响。利用遥感解译技术开展矿山地质环境遥感动态监测，实现对矿山地质环境的有效监控和管理，为矿山地质环境的执法监督和科学管理、矿山地质环境保护与恢复治理规划的制定、矿山地质环境重点治理工程的实施提供依据。

关键词：遥感解译；矿山；地质环境

中图分类号：TD167；X87 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）05-0012-03

Application of Remote Sensing Interpretation in Mine

Geological Environment Monitoring

JING Shuwen

（Geological Environmental Monitoring Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： For a long time， the exploitation of minerals has caused a lot of damage to the mining environment， which has had a great impact on the local ecological environment and regional economy. Using remote sensing interpretation technology to carry out dynamic monitoring of mine geological environment remote sensing to achieve effective monitoring and management of mine geological environment ，which provided basis for the law enforcement supervision and scientific management of mine geological environment ，for the formulation of mine geological environment protection and recovery management planning ，for the implementation of the focus of geological environment of mine governance projects.

Keywords： interpretation of remote sensing； mine； geological environment

由于歷史原因，长期以来矿产开采造成大量矿山环境被破坏。近年来，河南省各类矿产资源开发对矿山地质环境影响和破坏严重区的面积达1.2×104km2，主要分布于京广铁路以西、豫南丘陵、山区和豫东的煤田。各类矿山开采活动，造成大量的植被破坏、扬尘扬沙，废石渣堆及大量土地资源被占用，对当地的生态环境造成较大影响。这些不仅影响矿山的正常生产活动，而且威胁着矿区周围居民的生命财产安全，制约区域经济的发展，甚至会引发严重的社会问题。

矿山开采多处于山区，交通不便、分布零散，依靠人力监测效率低且效果差。卫星遥感监测具有视点高、视域广、数据采集快和重复、连续观察的特点。开展矿山地质环境遥感动态监测，建立矿山地质环境动态监测信息系统和数据库，实现对矿山地质环境的有效监控和管理，及时了解和掌握矿山地质环境动态变化，为矿山地质环境的执法监督和科学管理、制定矿山地质环境保护与恢复治理规划、实施矿山地质环境重点治理工程提供依据。

1 技术路线

在充分收集工作区已有矿山地质环境、采矿权、探矿权、矿山复绿工作区、前期矿山遥感调查与监测解译成果等资料基础上，采用遥感数据与其他多源数据相结合、人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的技术方法完成遥感技术在环境监测方面的应用。

根据监测目的和矿山地质环境监测相关技术标准及要求，获取合适的遥感数据及其相关辅助资料；通过遥感图像预处理、图像增强处理和遥感解译等方法提取矿山开采地的地质环境信息；借助卫星定位技术，辅以适量的野外实地调查验证，加强室内综合分析，圈定矿山地质环境现状、地质灾害等矿山信息的范围，达到矿山地质环境遥感解译的预期效果。

2 解译方法

2.1 遥感数据获取

遥感数据采用卫星2.5m高分辨率遥感影像，全省影像数据采用西安1980坐标系，地图投影采用高斯-克吕格投影，3度分带，带号38。影像局部有少量云层，约占整体的1%，且未覆盖主要矿产开采区，影像整体清晰可辨，可解译程度较高[1，2]。

2.2 野外踏勘

本次野外踏勘采用手持GPS，WGS84地理坐标系。

野外踏勘的原则：选取具有代表性的露天矿山开采点、煤矿工业广场、选矿（煤）中转场地、排土场、废石渣堆、煤矸石堆、尾矿库、冶炼厂及存在疑问的解译图斑为主要对象，并结合卫星影像、电子地图、纸质地图册和收集的水域、道路、居民点等地理资料选择合适的踏勘路线。通过野外踏勘建立遥感解译标志。

2.3 遥感解译

2.3.1 解译方法。遥感解译工作贯穿整个工作过程。分为初步解译、野外验证和综合整理三个阶段。解译工作程序为从已知到未知、从区域到局部、从总体到个别、从定性到定量，按先易后难、循序渐进、不断反馈和逐步深化的方法进行解译。

2.3.1.1 直接解译法。根据地物光谱特征与遥感图像色彩的对应关系建立起各自的直接解译标志。通过色彩、形态、影纹特征和周围的相关关系分析勾绘其边界。

2.3.1.2 对比法。对解译较困难的地物，各种常规资料较少的地区，则扩大视野，设法将已知地区的影像与将要解译的未知区影像进行对比解译，从已知到未知，从一般到特殊。如进行崩塌流等地质灾害解译时，先从已知点入手，建立解译标志，然后向更大范围推广。

2.3.1.3 逻辑推理法。有些解译难度较大的环境要素，根据其所在地理位置及其他细微特征汇总起来，进行内在联系分析，逻辑推理。如崩塌、滑坡和泥石流多与大型活动构造或新构造有关，在形态上多呈线状影像特征。

2.3.1.4 图像处理法。对于解译难度大或模糊不清的图像，通过局部反差增强、对数变换、拉伸变换、假彩色合成、多元数据融合和比值处理等方法，突出需要的信息，消除干扰信息，使图像清晰，信息更丰富，提高各种专题的解译效果。

2.3.2 解译内容。主要的遥感解译内容包括矿山环境问题和矿山地质灾害解译等。通过建立解译标志，采用人机交互的解译方法，提取矿山地质信息。矿山环境问题解译：主要包括采矿场、选矿厂、排土场、废石渣堆、煤矸石堆、冶炼厂和尾矿库等。矿山地质灾害解译：主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝和不稳地斜坡等。最后，所有图斑的解译信息按要求填写“矿山地质环境遥感监测解译信息表”。

2.3.3 解译步骤。遥感解译步骤分为初步解译、详细解译和综合解译三个步骤。

①初步解译。在资料收集、整理、分析的过程中，结合对照遥感影像，初步形成矿山地质环境因子的遥感影像解译标志，并对影像进行初步解译。目的是初步建立影像单元，为野外踏勘路线选择和信息核实提供依据。

②详细解译。在野外踏勘的基础上，修正并系统建立解译标志，对影像进行系统详细的解译，确定各个矿山地质环境因子的属性、地理位置、形态、面积及影像特征等信息。详细解译成果是开展野外核查验证的重要资料依据。

③综合解译。综合解译应在野外核查验证工作基本完成后进行。任务是在结合野外核查验证的基础上，对详细解译成果进行综合对比分析，进一步完善解译标志，修正解译成果，编制遥感解译成果图件。

2.4 野外核查

野外核查是本次矿山环境遥感解译的重要环节，野外核查的目的是检验解译成果的可靠性和准确性。野外核查内容涵盖各种矿山地质环境问题，并对主要矿山地质环境、矿山地质灾害和有疑问的解译图斑进行野外实地调查，调查路线本着解译图斑重点集中且相对分布均匀的区域为原则进行野外验证。

在遥感解译的基础上进行野外核查，核查点不少于遥感解译图斑总数的30%。核查点按解译图斑的属性、地理信息进行均匀布设。

3 解译建立

遥感解译的过程是解译—核查—再解译的过程，遥感解译初期，需建立相应的遥感解译标志。遥感解译标志包括形状、大小、色调、阴影、纹理、图案、位置、相关体和空间关系等。遥感解译标志又分为直接解译标志和间接解译标志。直接解译标志是根据各类地物的影像标志直接进行地物解译；间接解译标志是根据地理相关性或综合的解译标志解译地物。

矿山环境解译主要分为露天采场、地下采场、选矿厂、废石渣堆、尾矿库、排土场和煤矸石堆等主要类型。对于不同类型，根据感性认识或经验判读，建立初步解译标志，初步解译并对初步解译标志进行野外核查。

通过对室内初步建立的遥感解译标志（见表1）进行野外踏勘，发现部分解译图斑与实际类型不一致。例如，煤矿与选煤厂、排土场与废石渣堆、选矿厂与废石渣堆存在误判的情况。煤矿与选煤厂、排土场与废石渣堆、选矿厂与废石渣堆的区别如下。

①煤矿与选煤厂的影像区别。煤矿范围大，采煤设备宽，厂房、建筑楼房多，厂房颜色呈蓝色，形状更规则；选煤厂范围相对较小，选煤机械细，堆积物更平滑。

②排土场与废石渣堆的影像区别。排土场范围大小不等，排土堆积，颜色比废石渣堆明亮，堆积体顶部较平整，影像质感平滑，多靠近采矿场；废石渣堆颜色呈灰色，色调较暗，多沿沟谷、斜坡堆弃，部分位于采矿场边缘，呈不规则块状或长条状，影像质感粗糙。

③选矿厂与废石渣堆的影像区别。选矿厂多位于露天采场内，个别选矿厂的选矿机械较少、较细，影像特征不明显。可从选后的矿石呈细砂状，影像质感平滑，堆积物呈锥状及位置特征區分废石渣堆。

通过野外实地核查，对解译标志有了更深刻的认识，根据修正后的指标，建立更为符合实际的解译标志，从而开展下一步全面解译。

4 矿山地质环境遥感解译成果分析

河南省矿山地质环境遥感解译面积7 976.7km2，解译类型涵盖矿山环境开采现状的各种类型（见图1），主要有采矿场、选矿厂、排土场、废石渣堆、煤矸石堆、尾矿库和冶炼厂。

综上所述，矿山环境现状以采矿场为主，大量的山体开挖，造成了地形地貌景观被破坏，煤炭的开采造成了地面塌陷、环境污染等问题。露天采场及煤矿工业广场产生的次生固体废弃堆放物带来的环境问题也不容小觑，露天开采产生的排土场、废石渣堆及尾矿库占据总量的20.3%，面积占据总量的15.5%。大量的排土场、废石渣堆和尾矿库同样会造成植被的破坏，影响生态环境的稳定性。同时，部分固体废弃物压占土地，带来矿山地质灾害隐患，威胁当地群众生产生活及生命财产安全。

参考文献：

[1]李德仁，张良培，夏桂松.遥感大数据自动分析与数据挖掘[J].测绘学报，2014（12）：1211-1216.

[2]郝利娜.矿山环境效应遥感研究[D].北京：中国地质大学，2013.