遥感技术在矿山生态修复调查中的应用研究

2022-04-14张超帆

科技创新导报 2022年25期

张超帆

（江西省地质局第三地质大队江西九江 332000）

经济高速发展让我国近几十年对矿山的开采力度不断增加，矿山资源的大量开发导致我国出现了很多废弃矿山，由于废弃矿山并不利于生态环境保护，所以，要在生态修复理念下对废弃矿山的环境问题进行治理，以此来为我国环境事业的长期发展奠定基础。因此，有必要对遥感技术在矿山生态修复调查中的应用进行分析，以此来让矿山生态修复调查工作的开展变得更加顺利。

1 遥感技术分析

遥感技术是以电磁波为核心的一种探测方式。电磁波作为人类很早以前便已经发现的能量形式，不同物体在反射电磁波时存在明显差异，通过对电磁波的物体反射信号进行采集，可以远距离借助电磁波信号来实现对物体的识别。因此，在现代地质测绘中，遥感技术的发展速度非常快，借助遥感技术，可以有效获取地质测量区域内的当前情况。在科技高速发展的今天，遥感成像主要以数字成像为主，即利用卫星对测区物体进行拍摄后，将所有采集到的数据输入到信息设备中，然后，以数字成像的方式来直观表现出测区的实际情况［1］。需要注意的是，在使用遥感技术时，由于拍摄点高度、采集方式存在差异性，所以，图像分辨率往往各有不同，只有借助遥感技术获取具有足够分辨率的成像数据，才能在矿山生态修复调查中发挥出遥感技术的真正价值。

2 矿山生态修复调查中矿山地质环境遥感解译分析

利用遥感技术进行矿山生态修复调查的主要目的是分析矿山测区的当前环境，即借助遥感技术的测绘优势来获取矿山地质信息，以此来为矿山生态修复提供足够精准的地质数据。

2.1 矿山地质遥感解译

在遥感技术的使用过程中，可以借助信息技术，识别出不同地质体及地质情况的详细地质参数，并获取不同地质体的空间分布情况，通过综合分析不同地质体相互之间的关系并提取地形、地貌等数据信息，可以有效编制出矿山地质环境遥感解译图，进而为矿山生态修复工作的开展带来数据上的支持。

2.1.1 地形地貌解译

通过对遥感技术进行解析，可以借助遥感图像，直接识别测区地貌的形态变化及发展规律等重要地质信息。通过对地形地貌进行解译，可以直接圈定高原、平原、盆地等地质情况；通过对测区水系特征等信息进行分析，可以直接划分出阶地、沙丘等区域的实际情况。此时，就可以在大比例尺的帮助下，进一步对地貌数据信息进行深度解译。

2.1.2 地质构造解译

在进行遥感解译时，地质构造的解译效果非常优秀，因为遥感技术所采集到的地质数据信息覆盖范围相对较广，所以不仅能够在解译中获得整体概念，还可以直观感受到平面变化特征。在此期间，还可以借助遥感技术来获取具有立体感的空间变化特征，以此来全面反映出地表构造情况。在各种数据信息的引导下，可以结合地质数据的发展情况来提前预测部分地质问题的出现。

在进行矿山生态修复调查时，由于需要生态修复的矿山都是地表破坏相对较为严重的地区，因此，在遥感图像上能够有效显示出测区可能存在的部分隐患。由于遥感技术需要借助卫星图像来开展一系列的测绘工作，而卫星图像带有连续性、重复性，所以，可以通过对不同时期的卫星图像进行对比，以此来找出卫星图像存在的各种变化。从地质构造角度出发，可以借助地形地貌及各种水文地质参数来实现对测区内基础地质条件的分析，如图1所示为某矿山地质构造。

图1 某矿山地质构造

2.1.3 水文地质条件遥感解译

从遥感图像出发，地表水系在遥感图像中所呈现出的各种情况一目了然，结合数字遥感图像，可以利用目视解译、人机交互解译来划分出不同等级的水系。由于水文地质参数中的水系密度、形态等要素均与岩石、土壤息息相关，因此，可以借助对水文地质的遥感解译来进一步分析测区内的岩性、岩层产状等重要信息［2］。

2.2 矿业活动痕迹的遥感解译

为了使矿山生态修复发挥出应有的价值，就应该强调矿业活动痕迹的遥感解译，通过细致分析采场、渣堆等区域的实际地质情况，可以让矿山生态修复工作的开展变得更加顺利。由于矿区内各个区域具有点状痕迹，所以，可以结合图像的色调、阴影等痕迹的规模情况来进行矿业活动分析。需要注意的是，虽然具有一定规模性的痕迹都可以在图像解译中发挥出应有的作用，但若地下作业的矿业活动整体规模较小，就无法直接通过解译来掌握活动的实际情况。此时，就可以利用图像优先对矿区进行确定，然后，在航片的帮助下，明确矿业活动的实际位置，并圈定规模、危害等要素，这样便可以在遥感分析中借助多种遥感技术来进行互补式分析，以此来获取良好的遥感解译效果。

3 遥感技术在矿山生态修复调查中的运用

利用遥感技术开展矿山生态修复调查是一种非常复杂的系统性工程，只有保证遥感调查方法正确性，才能让矿山生态修复调查数据的质量得到保障，进而让矿山生态修复工作得以开展得更加顺利。

3.1 矿山生态修复调查流程分析

3.1.1 数据选取

在进行矿山生态修复调查时，要结合实际需求来选取适合的遥感图像。在遥感图像选择完成后，要注意对遥感参数开展预处理，以此来降低各种干扰因素对遥感图像带来的影响。通过对卫星图像进行校正，可以有效提高矿山生态修复调查参数的精确性。

3.1.2 图像增强

增强处理的目的是显示出遥感图像中的关键性数据，通过对重要特征点进行加强处理，可以让图像整体变得更加清晰，解译效果将会有所增强。通过波普、空间特征增强等方式来进行图像处理。需要注意的是，如果部分原始图像存在灰度分布范围窄的情况，就可以利用PCI 软件来对图像进行线性拉伸，以此来让各个波段的灰度范围加宽，进而增强图像整体对比度，这部分经过拉伸后的数据只在遥感图像显示中有所显示，原有数据并不会发生改变。

3.1.3 矿山地质环境数据提取

通过人机交互解译，能够提取出矿山地质环境信息。遥感技术的整个测区都可以利用多时像、多波段对比解译，通过将提取出的矿山数据信息相互印证，并结合历史地面调查数据，可以在多元信息分析法下提取出具有高精度的矿山地质环境参数，进而为矿山生态修复带来帮助。

3.2 遥感技术下的矿山生态修复参数调查

矿产资源是支撑社会经济高速发展的重要资源，在开发资源时，必然会对地表、地下空间造成非常大的影响，严重时，甚至会引发不可逆的环境问题。遥感技术作为我国地质测绘的核心技术之一，可以通过地质调查来为矿山生态修复提供数据上的支持。矿山生态修复包括土地再利用、生态化建设等多种内容。在利用遥感技术开展矿山生态修复调查工作时，可以将矿区土地、环境及植被状态看作的核心评估标准，以此来进行遥感观测。在获取调查对象的各项参数信息时，要注意对其动态变化进行分析，以此来为后续开展的矿山生态修复工作奠定基础。

3.2.1 植被指数

在矿山区域的生态条件下，当地的植物非常容易受到外界因素所带来的影响，重金属污染、水污染等问题都将会影响到矿区植被覆盖率，被严重污染的地区甚至会出现植物彻底消失的情况。在进行矿山生态修复工作时，由于植被具有强大的土壤、水质修复能力，所以，要利用植物来改善地区生态环境。

在利用遥感技术进行矿山生态修复调查时，应该将测区内的植物当作重要调查对象，结合电磁波来提取测区内的植物生长情况，进而获得植被指数［3］。在利用遥感技术判断植被指数时，一般会通过植物吸收红光波段及对红外波段进行反射的差异，通过将两个波段的观测数据进行整理分析，便可以有效获取植被指数。遥感技术下的植被指数可以将景区植物覆盖范围及植物动态变化数据表现出来，此时，便可以结合植物信息来进行综合性评价，以此来为矿山生态修复提供植物数据作为支撑。

3.2.2 大气、水资源环境指标

矿产资源的开采往往伴随着大量污染物，污染物将会对矿山区域的生态环境造成非常大的影响，而且在矿山资源开采结束后，还将会在地表留有非常多的有毒废渣，各种废渣将会持续对生态环境造成影响。采用遥感技术对矿区大气、水资源进行调查分析时，可以利用无人机、卫星等设备来对矿区水质、大气进行动态监测，由于遥感技术具有广泛的覆盖范围，所有的数据信息都可以在短时间内完成传播，因此，遥感数据具有较强的时效性。需要注意的是，我国遥感技术在对水质进行动态监测时，所获得的数据精度依然具有非常大的上升空间。

3.2.3 土壤环境指标

在开展矿山生态修复调查时，传统调查方式往往需要在实地取样后对样品进行一系列试验，各种试验往往会对调查效率造成非常大的影响。特别是在矿山生态修复期间，由于土壤环境往往会在动态变化中发生改变，因此，单纯利用实地取样往往会因为时效性问题而影响到对矿山生态修复时对土壤情况的判断。所以，要在对土壤环境指标进行分析时，采用多时相遥感来进行数据分析，在此期间，可以通过将激光、遥感技术相结合来判断分析土壤中的重金属含量。需要注意的是，随着科技的不断发展，遥感技术将会在发展中不断发生变化，例如，结合三维激光扫描技术的云测量，就可以进一步提高矿山生态修复调查时的数据精度与图像分辨率。

3.3 相关案例分析

3.3.1 矿区概况

A 矿区地处HB 省，属于废弃矿区，矿区面积约为130km2，其最高海拔为638.7m，矿区范围的年平均降雨量在662mm 左右，当地气候条件为温带半湿润季风气候。

3.3.2 矿山生态修复调查内容

A 矿区的整体开采规模相对较大，由于开发时间长，因此，矿区内的固体废料往往会占据大量土地资源，在矿区废弃之后，大量的固体废物对周围生态环境造成了非常严重的持续性影响。通过结合原有资源及踏勘数据进行分析，可以发现，矿山在开发过程中对当地土地资源造成了严重破坏，资源大量开采不仅会影响到地区生态环境，还留下了较为严重的地质安全隐患，水土流失与生态环境的优化都是矿山生态修复工作必须面对的问题。

3.3.3 矿山生态修复调查

在开展矿山生态修复调查工作时，要结合调查对象的空间位置及光谱、几何特征等信息，利用人机交互解译、三维景观模拟等技术来进行综合性验证，以此来提高调查结果的精确度［4］。

在利用人机交互解译时，需要结合解译者的经验来进行合理分析与修改，从颜色细节等多个角度来将数量少且具有明显解译标志的区域提取出来，这样便可以实现对生态修复要素的快速解译。相较于传统解译方式，这种方法不仅带有面向对象分类方法的优势，还可以对计算机分类出现的错误进行修正。

面向对象信息提取是一种具有较高分辨率、能够对遥感影响进行特征提取的技术。这种数据提取方式不仅具有较高的解译效率，还解决了计算机自动分类精准度不足的问题［5］，通过将其应用在矿山生态修复调查中，可以快速提取到遥感数据。A 矿区在对浓缩池进行解译时发现，浓缩池的光谱特具有均一性，几何形状为圆形且影响为褐色，亮度值为80＜Brightness＜150，面积参数为8000＜Area＜10000，由于提取量相对较小，所以要结合目视解译来进行辅助调整。

三维景观模拟可以在遥感技术的作用下获取矿山的三维参数，并建立起矿山实景模型。通过利用三维景观模拟来对矿山排土场、采石场等区域进行场景重现，可以有效提高数据精确性，三维景观模拟能够有效提高矿山生态修复调查时的地物识别准确性，提高矿山生态修复工作的整体效率。在A 矿场中，可以利用以DOM、DEM 为核心的三维景观模拟来进行地物判断，以此来为矿山生态修复工作带来更多指引［6］。

野外调查的目的是对调查的结果进行补充，初步提供结果可靠性。在室内解译期间，往往会遇到一些具有不确定性的矿山地物，这部分矿山地物往往具有相对较高的安全风险，因此，要借助野外调查来进一步对室内解译数据进行验证，以此来掌握矿山的真实情况。

3.3.4 调查结果

通过对A 矿区的矿山生态修复调查结果进行分析，发现露天采场共有大小崩塌6 处，通过喷锚、削坡等方式可以基本杜绝安全隐患的进一步扩大，与此同时，采场内共有5 处滑坡亟待处理。通过对地质数据进行分析，所得到的地质环境结果可以作为闭坑生态修复的主要参考数据。对于矿山生态修复而言，借助遥感技术进行矿山生态修复调查，能够在短时间内完成对矿山独立地物的识别，通过额外辅以野外调查，可以在获取地质参数的同时了解矿山存在的安全风险，进而让矿山生态修复变得更加顺利。