遙感技術(shù)在煤礦開采區(qū)詳細地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

歐陽華平,賴健清,張建國,王 娟,丁 麗

(1.中南大學地學與環(huán)境工程學院 湖南 長沙 410083;2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心 北京100012)

遙感技術(shù)在煤礦開采區(qū)詳細地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

歐陽華平1,賴健清1,張建國2,王 娟2,丁 麗1

(1.中南大學地學與環(huán)境工程學院 湖南 長沙 410083;2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心 北京100012)

采煤造成的地質(zhì)災害日趨嚴重,常規(guī)手段難以對其定量化調(diào)查研究。利用 IKONOS衛(wèi)星影像高分辨率的特點,以白銀煤礦區(qū)為例,分析該區(qū)的地質(zhì)災害特點和遙感影像特征,建立了塌陷和地裂縫的遙感解譯標志,并運用3S技術(shù)手段,對該區(qū)地質(zhì)災害進行定性和定量化分析,為該地方政府決策和當?shù)氐沫h(huán)境治理提供了科學依據(jù)。

遙感技術(shù);解譯標志;地質(zhì)災害;3S技術(shù);甘肅白銀

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省白銀市平川區(qū),區(qū)內(nèi)主要礦山有王家山煤礦、大水頭煤礦、魏家地煤礦和紅會煤礦,煤礦開采方式為地下開采。研究區(qū)內(nèi)主要是侏羅紀含煤地層,魏家地、大水頭、紅會、王家山礦區(qū)均屬侏羅紀煤田,煤的變質(zhì)程度基本相同,煤質(zhì)牌號以不粘煤為主、弱粘煤次之,深部有少量的氣煤和 1號肥氣煤。

以白銀煤礦區(qū)為例,筆者主要對該區(qū)危害最大的地面塌陷和地裂縫進行定量和定性分析研究。利用 IKONOS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在研究區(qū)建立塌陷和地裂縫遙感解譯標志,信息提取后并經(jīng)實地調(diào)查,定性和定量分析采煤塌陷區(qū)和地裂縫的位置、面積、長度和危害程度及范圍。

2 地質(zhì)災害遙感調(diào)查內(nèi)容和方法

遙感技術(shù)應用到地質(zhì)災害調(diào)查中已有許多成功的經(jīng)驗,根據(jù)本次遙感調(diào)查應用研究的目的,制定了一套工作流程圖 (圖 1)。

2.1 資料收集

①收集研究區(qū)自然地理、地質(zhì)環(huán)境、社會經(jīng)濟等資料。②收集省級礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃、礦產(chǎn)資源分布、礦產(chǎn)資源開采申請登記表 (數(shù)據(jù)庫)、礦山環(huán)境等有關(guān)的文字報告、圖件資料及數(shù)據(jù)表格等。③收集研究區(qū) 1∶5萬和 1∶1萬地形圖及相關(guān) DEM數(shù)據(jù)。④遙感數(shù)據(jù)：購買遙感影像,研究區(qū)的遙感數(shù)據(jù)源為 2009年 6月拍攝的 IKNONS影像。

2.2 遙感數(shù)據(jù)預處理

主要是對遙感數(shù)據(jù) PAN波段數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)進行真彩色合成、正射糾正、大地配準、圖像融合等。然后對其格式轉(zhuǎn)換后與地形矢量數(shù)據(jù)進行疊加顯示,以人—機交互方式對各種礦山開發(fā)狀況和礦山生態(tài)環(huán)境的有關(guān)內(nèi)容進行解譯,最后將解譯結(jié)果提供野外驗證。

2.2.1 正射校正 正射糾正與大地配準所有數(shù)據(jù)將采用高斯 -克呂格投影 3度分帶,坐標系統(tǒng)采用1954北京坐標系。正射校正可以降低中心投影引起的像元偏移,這樣能提供更豐富的地形地勢信息,對于提取和分析地質(zhì)災害要素極其有利。本次正射校正是利用 1∶1萬的地形圖MapGIS數(shù)字化后,用其空間分析功能得到 DEM后,再借助 PCI軟件利用DEM文件對研究區(qū)影像進行正射校正,校正選取了30個控制點,校正的精度控制在 0.5個像元內(nèi)。2.2.2 數(shù)據(jù)融合 多光譜影像的光譜分辨率較高,但空間細節(jié)表現(xiàn)力較差;全色影像具有高空間分辨率,但光譜分辨率較低。因此,可以將具有低空間分辨率的多光譜影像和具有高空間分辨率的全色影像進行融合,使影像具有較高的空間細節(jié)表現(xiàn)力且同時保留多光譜影像的光譜特性。本次研究將 IKONOS的 1、2、3波段融合到 PAN波段中,提高了影像的空間分辨率和光譜分辨率,提高了解譯的精度。

圖1 主要研究技術(shù)圖

2.2.3 格式轉(zhuǎn)換 利用 PCI軟件預處理好的影像均存儲為＊.TIF格式,利用MapGIS軟件的圖像處理模塊將其轉(zhuǎn)換為MapGIS內(nèi)部圖像格式。＊.MSI影像文件與 1∶1萬地形圖能完全疊合,因此,在上面解譯的結(jié)果與地形圖疊合比較好,給制作野外調(diào)查圖帶來方便,同時也有利于對驗證結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

2.2.4 圖像增強 本次研究將轉(zhuǎn)換好的＊.MSI格式,用 MapGIS圖像處理模塊的自適應拉伸方式將其增強顯示,使得圖像色調(diào)更清晰,塌陷區(qū)和地裂縫的細節(jié)更明顯,對比效果見圖 2和圖 3。增強后的影像更有利于對等地質(zhì)災害進行人—機交互解譯。

圖2 未拉伸的影像圖

圖3 拉伸后影像圖

2.3 遙感解譯標志建立和信息提取

2.3.1 遙感影像特征分析和建立解譯標志 本次解譯使用 MapGIS軟件,對研究區(qū)的影像特征詳細分析。根據(jù)對該地地質(zhì)災害資料的收集和整理,分析認為該煤礦區(qū)的地質(zhì)災害主要類型是由于采空區(qū)引起的地面塌陷和地裂縫。因此,建立了塌陷和地裂縫的解譯標志 (表 1)。

2.3.2 信息提取 根據(jù)建立的遙感解譯標志,利用總體觀察、對比分析和綜合分析等方法,解譯出塌陷和地裂縫共計 74處。同時根據(jù)收到到的資料還提取煤礦區(qū)的礦產(chǎn)資源開采類型、開采方式、開采狀況 (開采點的性質(zhì)、位置、占地范圍)等相關(guān)信息內(nèi)容。

表1 煤礦區(qū)塌陷和地裂縫遙感解譯標志

3 遙感調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計分析

遙感圖像的室內(nèi)解譯具有復雜性,主要影響因素有 3個方面：①地物波譜特征復雜,受多種因素控制,本身也是因時因地在變化著;②影像存在“同物異譜”與“異物同譜”現(xiàn)象;③地物的時空屬性和地學規(guī)律是錯綜復雜的,各要素、各類別之間的關(guān)系是多種類型的。這些因素使得遙感解譯具有多解性和不確定性,會隨不同地區(qū)、不同時段等多種因素而變化。為了驗證解譯成果的的正確性和實效性,解譯完成后對研究區(qū)進行實地調(diào)查。室內(nèi)判讀的結(jié)果與野外驗證結(jié)果對比分析 (表 2)。

表2 室內(nèi)影像解譯圖斑與野外實地調(diào)查驗證統(tǒng)計表

通過對野外調(diào)查表的總結(jié),結(jié)合 3S技術(shù),定性和定量分析得出塌陷和地裂縫的統(tǒng)計表 (表 3)。同時,在 GIS屬性庫中建立解譯圖斑與野外驗證照片一一對應的關(guān)系 (圖 4、圖 5)。

表3 研究區(qū)塌陷遙感調(diào)查統(tǒng)計表

圖4 影像解譯塌陷坑

圖5 實地調(diào)查塌陷坑

本研究區(qū)的地質(zhì)災害多為人為動力因素誘發(fā),沒有自然動力因素誘發(fā)的地質(zhì)災害。通過室內(nèi)解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),地面塌陷和地裂縫對周邊的村莊、農(nóng)田、道路和礦山建筑等一些公共基礎設施造成潛在威脅。有兩處果園果樹枯死,房屋倒塌,已無人居住。塌陷區(qū)附近一個村莊大部分房子都出現(xiàn)裂縫,耕地存在嚴重的漏水問題,當?shù)鼐用裆詈褪杖胧艿捷^大影響。在該煤礦區(qū)應加強煤礦整頓和煤礦采掘的監(jiān)管。對塌陷區(qū)受害村莊應進行整體搬遷,避免人民生命和財產(chǎn)受到危害。

4 結(jié) 語

應用 IKONOS衛(wèi)星遙感影像,分析了煤礦塌陷區(qū)和地裂縫的遙感影像特征,并建立了詳細的遙感解譯標志,準確的圈定了塌陷區(qū)的邊界位置,對煤礦開采區(qū)地質(zhì)災害遙感調(diào)查研究具有重要意義。

利用遙感技術(shù),結(jié)合全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù),定性和定量化分析了研究區(qū)的塌陷區(qū)和地裂縫的相關(guān)數(shù)據(jù),為地質(zhì)災害的治理工作提供了全面、詳細的資料,同時對地質(zhì)災害發(fā)展趨勢研究提供了科學依據(jù)。

利用遙感技術(shù)對地質(zhì)災害調(diào)查研究,可以指導野外詳細調(diào)查,縮短工作時間,起到事半功倍的作用,并從宏觀上查明地質(zhì)災害及其隱患的分布特征,是地質(zhì)災害防災規(guī)劃的重要理論依據(jù)。

[1]尚紅英,陳建平.RS在礦山動態(tài)監(jiān)測中的應用——以新疆稀有金屬礦集區(qū)為例 [J].遙感技術(shù)與應用,2008,23(2)：189-194.

[2]黎來福,王秀麗.SPOT-5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在煤礦塌陷區(qū)監(jiān)測中的應用[J].礦山測量,2008(6)：45-47.

[3]李成尊,聶洪峰,汪勁,等.SPOT-5衛(wèi)星圖像在采煤沉陷區(qū)及邊界圈定中的應用[C]//第二屆全國國土資源遙感技術(shù)應用交流會論文集.長春：吉林大學,2006.

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[5]吳信才 .MapGIS地理信息系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

Application of remote sensing technology in detailed survey of geological hazards in coalmine areas

OUYANG Hua-ping1,LA I Jian-qing1,ZHANG Jian-guo2,WANG Juan2,D ING L i1
(1.School of Geosciences and Environmental Engineering,Central SouthUniversity,Changsha 410083,China;2.Geological Investigation Center of China Non-ferrousMetals,Beijing 100012)

Geological disasters became more andmore serious problems because of the coalmining,and itwas difficult for a quantitative researching by conventionalway.Using the characteristicsof high-resolution of IKONOS satellite images,and through analyzing the characteristics of geological disasters and features of remote sensing images,the authors established remote sensing interpretation signs and extracted information from the images.In Baiyin coalmine area,the authors surveyed geological disasters qualitatively and quantitatively by using 3S technology,and provided scientific reference for the local government in its decision-making and environmental governance.

Remote sensing technology;Interpretation signs;Geological disasters;3S technology;Baiyin,Gansu

P715.7

A

1674-3636(2010)02-0183-04

2009-10-29;編輯：陸李萍

歐陽華平 (1983—),男,碩士研究生,主要從事遙感與 GIS技術(shù)方法的應用研究.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.183