高分二号遥感影像在济源市矿山地质灾害调查中的应用

任酉贵 许欣欣

（辽宁省自然资源服务中心，辽宁 沈阳 110001）

1 引言

近年来，卫星遥感技术作为一种先进的测绘技术，在对地观测中具有快速、信息量大、成本低等特点，在矿山地质灾害调查与监测中得到了广泛应用[1]，其中，国产高分二号卫星的空间分辨率达到亚米级，具有高辐射精度、高定位精度和快速姿态机动能力等特点，将在矿山地质灾害调查中发挥更大作用。济源市矿产资源丰富，频繁的采矿活动引起的环境问题呈多样化和复杂化态势，矿山地质灾害调查可为合理开发利用矿产资源和保护地质环境提供对策和依据。

2 研究区概况及高分二号卫星参数介绍

2.1 研究区概况

济源市位于河南省西北部 ，地处北纬34°53′09″～35°16′50″，东经112°01′41″～112°45′46″，全市总面积1931 平方千米,地势西北高、东南低。济源市矿产资源丰富，主要有煤炭、石灰岩、铁矿、铜矿、硫铁矿、铝土矿等。人类通过矿山开发推动了当地经济发展，但非法开采、无证开采、开采后不修复不治理等导致地质环境遭到破坏，崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂缝、泥石流等地质灾害经常发生，影响了当地人民生活和生命安全。

2.2 高分二号卫星参数介绍

高分二号卫星于2014 年8 月19 日成功发射，搭载有两台高分辨率1 米全色、4 米多光谱相机，标志着我国遥感卫星进入亚米级“高分时代”[2]。高分二号卫星轨道和姿态控制参数如表1 所示，有效载荷技术指标如表2 所示。

表1 高分二号卫星轨道和姿态控制参数

表2 高分二号卫星有效载荷技术指标

3 技术流程

济源矿山地质灾害调查采用内外业结合的方法，按照“内业解译采集、外业调查核实”的原则安排任务，以高分二号卫星正射影像为底图，以历史收集的矿山位置、地质灾害数据为辅助，采集地质灾害及隐患点的位置范围。内业难以识别的区域标成疑问图斑，进行外业实地核查，确保数据准确。具体流程如图1 所示。

3.1 高分二号卫星影像处理

3.1.1 数据整理

数据处理主要包括原始影像数据的优选、DEM 及控制资料的整理和格式转换等。卫星影像数据具有多时相、多分辨率、多云雾、重叠度不均匀等特点,卫星影像侧视角大小也对成果精度有较大影响，故需提前挑选满足生产需求的影像：（1）完整、清晰，无大面积噪声、条纹、云和积雪。（2）尽量避开生长季，植被覆盖率低人眼更容易识别。（3）优先选择现势性强的影像。（4）选择侧视角小的影像，如山地、高山地侧视角小于20°，平地、丘陵地侧视角小于25°。

图1 遥感解译技术路线

3.1.2 影像几何处理和DOM 生产

影像几何处理利用外业像控点、高精度DEM 作为基础数据，对全色影像进行区域网平差、多光谱影像单片配准更新RPC 后，进行正射纠正、影像融合、影像增强、匀色、镶嵌生产正射影像成果。高分二号DOM 生产流程如图2 所示。

图2 高分二号DOM生产流程

3.1.3 质量检查

成果质检依据外业控制资料、DOM、DLG 等数据，通过人机交互方式对影像生产成果进行几何精度检查，包括绝对精度和相对精度。图面质量检查是否色调均匀、纹理清楚、层次丰富、无明显失真，影像是否存在噪声、模糊、扭曲、错开、裂缝、漏洞等缺损。

3.2 遥感解译

不同的地质灾害在高分二号遥感影像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在区别[3]。因此，通过人机互动、目视解译、外业核实，总结项目区矿山地质灾害点的共性，并建立解译标志，从而完成项目区已发生的地质灾害点和地质灾害隐患点的调查。

3.2.1 初步解译

根据制作好的遥感影像对调查区的矿山地质环境点进行初步解译，了解项目区的矿山地质环境特点和类型，建立解译标志和解译影像单元。

3.2.2 地质灾害形成机理和遥感解译标志

济源市矿山地质灾害主要为地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最为突出。

（1）地面塌陷及地裂缝

地面塌陷主要由煤矿、铁矿井下开采引起。在煤矿开采区，地裂缝和地面塌陷往往是伴生的，主要分布在塌陷坑、采区作业面四周或塌陷盆地四周和外围。露天采场和排土场边坡失稳也易引发卸荷型地裂缝。

遥感影像上地裂缝呈暗色线状，是地形突变引起光谱差异所致，有平行排列形、折线形和蠕虫形[4]。其形态特征有直线形和曲线形。直线形裂缝平直，延伸方向稳定；曲线形裂缝呈弧形弯曲，大多由工作面的一侧延伸至另一侧。植被覆盖程度越低，地裂缝遥感影像越容易识别，因此，尽量选用植被覆盖度较低时间段的遥感影像。地面坍塌地裂缝遥感影像如图3所示，济煤六矿北部地裂缝如图4 所示。

图3 地面坍塌地裂缝遥感影像

图4 济煤六矿北部地裂缝

（2）崩塌

崩塌一般发生在地形切割强烈、岩石破碎的山区，坡度在45°以上。崩塌在遥感影像上呈弧形、月牙形，深灰色、暗灰色等，后缘或侧缘有阴影，有时崩塌壁形成陡坎，受光照方向影响，整个崩塌壁和崩塌体全部或大部分被阴影遮盖，下方有杂乱崩塌物。崩塌遥感影像如图5所示，小横岭村崩塌毁坏房屋如图6所示。

图5 崩塌遥感影像

图6 小横岭村崩塌毁坏房屋

（3）滑坡

济源市矿区多为排土场、废石场滑坡，或因坡脚开挖形成的临空面引发滑坡。

在遥感影像上，滑坡呈白色、灰白色等浅色调，呈规则的圆弧状、门状。滑坡体已完全脱离基岩母体下滑，滑坡体呈长条舌状、扇形状，并时常推挤河流形成间流段，在堆积层滑坡或基岩滑坡的周界内缘常见完整或不完整的弧形拉张谷地，形成左右双沟同源现象。滑坡遥感影像如图7 所示，滑坡现场照片如图8 所示。

（4）泥石流

济源矿山泥石流主要是山区矿产开发过程中废石废土不合理堆排，暴雨、暴雪或其他自然灾害所引发的特殊洪流，也称为矿渣型泥石流。在遥感影像上，泥石流的物源区、流通区及堆积区分布明显，流通区呈不规则条带状，末端有纹理粗糙的堆积物。济源白虎沟泥石流沟平面分布卫星影像如图9 所示。

图7 滑坡遥感影像

图8 滑坡现场照片

图9 济源白虎沟泥石流沟平面分布卫星影像

3.2.3 外业核查和结果分析

整 个项目共解译出矿山环境地质灾害点52 个，其中，对危及矿山设施、城镇、重要建筑物、交通、村庄等的矿山地质灾害及其隐患，全部进行外业核查，核查率100%。经过野外核查，确认地质灾害点41 个，占解译点的78.8%；地质灾害现象点11 个，占解译点的21.2%。

4 结语

利用高分二号卫星遥感影像进行矿山地质灾害调查，影像分辨率更高，达到亚米级，对地物的识别能力更好，遥感解译的精度更高，类别更多、更细，能够为保护矿山环境以及后期矿山地质灾害治理提供及时准确的数据保障。