權臺煤礦塌陷區變化趨勢研究

王艷 滿忠水

摘 要：該文采用SPOT不同時相的數字遙感圖像，利用數字圖像處理技術和地理信息系統技術，首先對數據經過常規的處理，然后在ENVI的Classifier模塊對圖像進行了監督分類，在充分分析塌陷區特征、領域知識、遙感影像特征等基礎上，采用人機交互式解譯，目視解譯，提取出了采煤塌陷區信息并進行分析權臺煤礦塌陷區變化趨勢。

關鍵詞：塌陷區 數字遙感圖像 變化趨勢

中圖分類號：S157.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0053-02

隨著人類活動對環境變化的影響，由此引起的土地利用變化備受關注。徐州權臺煤礦附近地區因受到煤礦開采的影響形成規模較大的煤礦塌陷地，要掌握塌陷地隨開采活動的擴展規律、塌陷區面積、破壞程度、積水區范圍等數據資料，遙感圖像能快速、周期性地提供塌陷區的大量有關信息[1]。將GIS用于遙感圖像處理領域，充分應用地學信息、領域知識及GIS的空間分析功能，進行塌陷地的提取，將有效提高精度[2]。

1 塌陷區信息提取

1.1 遙感信息源選擇及圖像預處理

在研究中，根據權臺煤礦的季節特征，使用了能完全覆蓋徐州權臺煤礦地區及周邊地區兩個時相的SPOT數字遙感圖像（2007年7月、2009年7月），因為7月是降雨多的時候，塌陷坑積水明顯，也是植被生長最旺盛的時期，便于對地面塌陷區信息的提取。

該文首先對SPOT圖像做了基于輻射傳輸理論的6S模型大氣校正。然后進行圖像的配準，具體是先從徐州市1：10000地形圖上選取控制點對2007年的SPOT圖像進行校正，然后以2007年SPOT圖像為基準對2009年的SPOT遙感圖像進行影像對影像的配準，它們有相同的空間分辨率，該次研究工作中采用雙線性內插法進行圖像的配準，使它們具有相同投影坐標系統。

1.2 塌陷區信息提取

從遙感圖像中提取地面塌陷信息，杜培軍等[3]認為可以有三種方法，即（1）直接應用地物影像特征進行目視解譯。（2）將塌陷地作為一種用地類型，選擇一定的特征分量作為塌陷地的特征，對所有像元進行分類，通過遙感圖像分類予以識別。（3）綜合應用光譜特性、地學信息、領域知識進行提取。該次研究綜合了第（1）、（3）種方法根據塌陷區的特征和知識來提取地面塌陷信息。采煤塌陷區從空間結構上看，具有以下特征。（1）具有坑狀結構；（2）宏觀連續與微觀離散狀態；（3）積水特性；（4）表面覆被非均一性。

1.2.1 遙感圖像分類

對遙感圖像進行分類主要有兩種方式為人工目視解譯和計算機解譯。計算機解譯常規的還可以根據分類過程中人工參與程度分為監督分類、非監督分類以及兩者結合的混合分類等，還有近年來發展起來的新興遙感圖像分類方法—專家分類。本文采用監督分類方法對權臺煤礦塌陷區遙感圖像進行分類提取。

訓練區的選擇主要取決于兩個因素：訓練樣本的代表性和訓練樣本的數目，本研究所用的遙感圖片上的水體呈藍黑色，而且比較均勻，根據研究需要將研究區景觀類型劃分成兩類即水體和植被兩類，水體用紅色表示，植被用綠色表示。本文利用ENVI遙感影像處理軟件進行這兩類訓練區的選擇。本文作者采用目前最為廣泛的監督分類方法—貝葉斯最大似然分類法（MLC）。貝葉斯決策的最大似然分類法，

1.2.2 利用GIS進行信息提取

（1）監督分類圖中塌陷區水體的矢量化。

所謂矢量化就是將要作矢量方式處理的光柵目標轉換成矢量實體，如直線、圓弧、曲線以及字符等。利用遙感影像處理軟件ERDAS把監督分類圖轉換成.img格式的文件，然后導入到ArcGIS中，根據一定的先驗知識判別出塌陷坑積水，對其進行矢量化。小面積的塌陷區由于水體分布不均或積水很少，可以通過目視進行解譯。

（2）緩沖區分析。

緩沖區分析是針對點、線、面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍以內的緩沖區多邊形。由于積水坑往往位于中心地帶，需要對積水坑做緩沖區分析，根據經驗給出半徑，確定塌陷地的區域，綠色區域表示為積水坑，外圍的紅色區域表示為緩沖區，設定的緩沖區半徑為7m。

1.2.3 目視解譯

那些積水淺從而水體分布不均的塌陷地或者沒有積水的塌陷地，監督分類方法不能自動有效地提取塌陷積水區，而目視解譯可以充分利用人的知識，很容易直接從遙感圖像上提取地表塌陷區。提取方法是依據采煤塌陷區從空間結構上看具有的特征。

2 疊置分析

把2007年的塌陷區分布圖與2009年的塌陷區分布圖疊置（如圖1所示），與2007年的塌陷地相比較，綠顏色代表沒有變化的塌陷地，紅色代表增加的塌陷地，黃色代表減少的塌陷地。通過計算面積得到，不變的塌陷地：526 676.6m2，減少的塌陷地：43 850.2m2，增加的塌陷地：66 287.5m2。

3 分析結果

從圖1可以看到權臺煤礦采煤塌陷區2007年至2009年的塌陷區變化情況，該地區西部分布著大片采煤塌陷地，東部分布著小片的采煤塌陷地，2009年比2007年增加了66 287.5m2的塌陷地，復墾速度趕不上塌陷速度。其擴展方向主要為南方和北方，西部和東部基本穩定，在該區北部和南部塌陷積水區增長速度與該地區煤田的煤層賦存狀況及開采推進方向是相吻合的。

4 結語

該文以RS、GIS為技術支撐，對多時相遙感數據采用多種遙感圖像處理方法進行了預處理，在充分利用光譜特征、領域知識的基礎上，通過遙感影像特征分析，采用人機交互式解譯，目視解譯，通過GIS技術提取出了塌陷區信息并分析了塌陷區變化趨勢。

參考文獻

[1] 梁亞紅，王貴成.地理信息系統技術與煤礦塌陷區管理[j].河南地質，1999（2）：73-75.

[2] 彭蘇萍，王磊，孟召平，等.遙感技術在煤礦區積水塌陷動態監測中的應用[j].煤炭學報，2002（4）：374-378.

[3] 杜培軍，郭達志.遙感影像與DTM的復合及其在礦山的應用[J].煤田地質，2000（3）：5-7.