锡林郭勒草原矿山地质环境治理基础数据资料提取方法研究

李锦华

（山西锦明科技有限公司，山西 临汾 041000）

0.引言

锡林郭勒草原矿区位于锡林郭勒盟东部大兴安岭南段西坡，地处辽阔草原腹部。解译区为白音华矿区，位于锡林郭勒草原东部西乌珠穆沁旗东北部。白音华矿区为正在生产的中型煤矿，开采方式主要为露天开采。造成的环境地质问题主要有采场、废渣堆、排土场等的占地，造成土地资源浪费、水土流失等，亟需掌握白音华矿区地质环境现状。

本文以相关标准、规范为依据，采用多时相高分辨率卫星遥感数据，以室内解译为主、野外调查验证为辅的方法提取锡林郭勒草原矿山地质环境动态变化信息，综合分析研究矿山地质环境动态变化特点，最终形成遥感解译报告，为矿区地质环境治理提供基础数据资料。

1.卫星遥感影像处理

卫星遥感影像数据处理流程主要包括区域网平差、正射校正、影像融合、影像镶嵌、影像分幅等，具体工作流程（如图1 所示）：

图1 遥感数据处理工作流程图

1.1 区域网平差与正射校正

在进行区域网平差时，首先，通过在卫片上选取一些地面控制点，并利用原来已经获取的该卫片范围内的数字高程模型（DEM）数据，进行有理函数的区域网整体平差，得到精化后的RPC。对经过区域网平差的全色影像和多光谱影像利用精化后的有理多项式及DEM 进行正射校正，从而提高校正精度。影像区域网平差和正射校正处理流程（如图2 所示）：

图2 区域网平差和正射校正流程图

1.2 数据融合

本项目主要采用HPF 法进行全色和多光谱的数据融合。HPF 方法与其他融合方法相比，具有以下优点：

（1）HPF 变换法对光谱特征的扭曲较小，具有较好的空间分辨率。

（2）HPF 融合结果图像，在细节上清晰度增强，能更好地保留影像的光谱特征。

（3）采用HPF 方法得到的合成影像，使采场、排土场、废石堆、矿山建筑、固体废弃物、尾矿库等地物的边缘规则、清晰。

1.3 影像镶嵌

镶嵌过程中，在相邻两个重叠区域内，按照一定的规则选择。同时，为了能够修正镶嵌影像在拼接缝附近的灰度（或颜色），使之在接缝处的灰度（或颜色）有一个光滑的过渡，不产生突变效应，需要对两幅影像的重叠区域做羽化处理，从而接边线变得相当模糊，能够很好地融入图像中；为了避免由于镶嵌图像颜色不一致而影响镶嵌的结果，采用颜色平衡的方法，以一幅图像为基准，统计各镶嵌图像的直方图，以整幅基准图像或者重叠区域的直方图为基准，采用直方图匹配法匹配其他镶嵌图像，使得镶嵌图像具有相似的灰度特征。

2.遥感解译

2.1 解译原则

（1）从已知到未知，先易后难，先整体后局部，先宏观后微观的原则。

（2）尽可能采用多源、多时相、多分辨率的航天遥感数据进行综合解译。

（3）室内遥感解译与野外调查相结合的原则，解译初期通过野外实地踏勘，掌握解译对象的野外特征及其影像特征，初步建立解译对象的解译标志。解译过程中对难以判定的目标进行野外补充调查，并不断完善解译标志。在遥感解译后期则要通过野外验证来对各种因素造成的解译偏差进行校对及纠错，以保证项目成果的可信度。

（4）遥感信息与常规资料相结合的原则。

（5）遥感解译以目视解译、人机交互解译为主，计算机自动识别提取为辅。

2.2 解译方法

矿山遥感监测需要解译的对象种类繁多，类型复杂，应遵循“从已知到未知、先易后难、逐步深入”的原则，充分利用各种分析推理方法进行解译。常用的方法有：直接判读法、历史对比法、信息综合法、综合推理法、地理相关分析法。上述方法在具体工作中可结合实际情况灵活、综合应用，在某一解译过程中，某一方法可以占据主导地位。

2.3 解译流程

2.3.1 熟悉资料、初步宏观解译及野外踏勘

2.3.2 详细解译

根据野外踏勘建立的解译标志，分析不同地物的波谱特征，并将解译对象在图像上所显示的波谱特征与光谱库中的相应光谱曲线进行对比分析，依据影像的色调、形状、大小、阴影、纹理、图案、布局、位置等要素建立地物原型与影像模型之间的直接解译标志，并运用相关分析法建立间接解译标志。解译手段，以目视解译、人机交互解译为主，对光谱特征独特的地物用计算机自动提取的方式，两者结合，对矿山地物类型、矿山地质灾害及恢复治理工程等进行全面解译，完善解译标志。

2.4 影像特征

结合以往遥感解译及实地验证结果，本项目得到不同矿山地物的影像特征，现列举如下：

2.4.1 露天采场

露天采场采坑道路发育，坑底作业形迹清晰，形态与周围环境对比鲜明，易于判别（如图3 所示）：

2.4.2 尾矿库

尾矿库一侧成直线型，一般为坝体，一侧为矿渣和水体，尾矿颜色明显与周围不同（如图4 所示）：

图3 露天采场影像特征（SPOT-5）

图4 尾矿库影像特征（高分一号）

图5 煤矸石堆（左）及矿山恢复治理工程（右）影像特征（GeoEye-1）

2.4.3 煤矸石堆

煤矿区分布有多处大型煤矸石堆，在标准假彩色合成影像上与周围地物色调差异明显，在形态上呈现出明显的倒锥形（如图5-（左）所示）：

2.4.4 矿山环境恢复与治理工程

矿山环境恢复治理工程主要可分为排土场植被恢复和开采废石再处理两种类型。排土场植被恢复区域在影像上表现为人工纹理较强的绿地，与周围天然植被区别明显（如图5-（右）所示）：

2.5 锡林郭勒草原矿区遥感影像解译

2.5.1 矿山开发占地

分别解译两个不同年度锡林郭勒草原矿山的开发占地，包括采场、排土场、矿山建筑、固体废弃物、尾矿库等的分布位置、分布面积。对比分析锡林郭勒草原矿山开发占地变化情况。

2.5.2 矿山地质灾害

分别解译两个不同年度锡林郭勒草原矿山的地质灾害，具体包括地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等的分布位置、分布范围、规模、发育特征和危害对象。

2.5.3 矿山环境恢复治理

分别解译两个不同年度锡林郭勒草原矿山的恢复治理工程和地质灾害治理工程的分布位置、分布面积等，并综合分析恢复治理效果。

3.动态监测

本项目对比分析不同时相遥感数据的解译结果，分析研究各工作区矿山地质环境的动态变化监测。并运用多期遥感影像数据（或波段）的运算和操作（空间欧氏距离法、PCA、影像代数法和变化向量法等），实现工作区矿山地质环境的动态变化监测。

为了更形象的突出矿山地质环境、矿山地质灾害、恢复治理工程的现状信息，还以柱状图、饼状图等多种形式分析研究锡林郭勒草原矿山地质环境治理不同年度间面积的动态变化情况、恢复治理效果等。

4.结束语

本项目主要研究成果包括：

4.1 遥感影像图

在对遥感数据进行处理的基础上，按照锡林郭勒草原矿山分布的范围，编制形成1∶10000 遥感影像图。

4.2 遥感监测图

对高分辨率遥感影像图进行淡化处理，并以此为底图，叠覆基准年的矿业占地图斑、矿山地质灾害图斑及矿山地质环境、地质灾害恢复治理工程图斑，形成矿山地质环境遥感监测图。

4.3 成果报告

在综合分析内蒙古自治区锡林郭勒草原矿山各类地质资料、矿产资源的基础上，结合遥感解译结果，编制锡林郭勒草原矿山地质环境治理模式研究报告。

开展矿产资源集中开采区矿山地质环境动态监测工作，应用遥感技术、地理信息技术和全球定位技术，利用多种遥感平台多种类、多时相遥感影像，然后在野外实地建立遥感解译标志，对影像进行全面解译分析，形成矿山地质环境遥感监测图。最终查明集中开采区矿山地质环境现状，掌握矿产资源开发引发的矿山地质环境问题，为今后连续开展矿山地质环境动态遥感监测奠定基础，也为区域地质环境保护、矿山地质环境治理等提供基础资料。