采礦塌陷區(qū)遙感提取方法研究

張 允

（寧夏遙感測繪勘查院，寧夏 銀川 750021）

采礦塌陷，又稱采空塌陷、礦區(qū)塌陷。采礦使地下大面積被采空后，頂部巖層失去支撐，在自重作用下發(fā)生彎曲、張裂、冒落，并在地表形成塌陷坑或塌陷洼地而造成的災(zāi)害。采礦塌陷的基本特點是分布廣、規(guī)模大、危害重。塌陷坑或塌陷洼地多呈橢圓形，塌陷中心與采空區(qū)基本對應(yīng)，邊緣常有密集的張裂隙。采礦塌陷嚴(yán)重破壞各種建筑設(shè)施和土地資源，是影響礦產(chǎn)開采和礦區(qū)環(huán)境的重要災(zāi)害。基于生態(tài)文明建設(shè)的需求，現(xiàn)代開采方式逐漸由露天向地下開采轉(zhuǎn)變，地下開采的不規(guī)范就是塌陷產(chǎn)生的前提。所以預(yù)防和監(jiān)測尤為重要。

遙感技術(shù)是現(xiàn)代科技手段的一種，以空間信息技術(shù)為支撐，結(jié)合測繪類工具取得了很好的應(yīng)用。遙感技術(shù)，其結(jié)合地理信息系統(tǒng)為采礦塌陷區(qū)提取提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)前在許多礦區(qū)的數(shù)字化建設(shè)中采用全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)，為采礦塌陷區(qū)的環(huán)境監(jiān)測及治理提供了有效數(shù)據(jù)支撐。

1 遙感提取方法的應(yīng)用

遙感技術(shù)作用于采礦塌陷區(qū)，利用遙感衛(wèi)星影像的宏觀、直觀性，結(jié)合塌陷區(qū)的解譯標(biāo)志特點，圈定疑似塌陷區(qū)，結(jié)合SAR數(shù)據(jù)，利用兩期或者多期數(shù)據(jù)的對比，確定塌陷程度。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行范圍區(qū)勾繪，確定塌陷范圍區(qū)面積，相比之傳統(tǒng)的測算方法，其在提取上具有速度更快、準(zhǔn)確度更高的優(yōu)勢。

（1）數(shù)據(jù)的選取與處理。遙感數(shù)據(jù)的多樣性，為塌陷區(qū)信息提取提供了多種信息來源，但就信息提取的精度而言，分辨率越高，精度相對就越高。遙感數(shù)據(jù)需經(jīng)過預(yù)處理、幾何校正、圖像增強、圖像裁剪、鑲嵌和勻色以后方可使用，結(jié)合塌陷區(qū)的影像解譯標(biāo)志，就可以進(jìn)行塌陷區(qū)的范圍劃定。

（2）采礦塌陷區(qū)影像特征提取。從采礦塌陷區(qū)的空間結(jié)構(gòu)上來看，塌陷區(qū)有一定的影像特征：采礦塌陷區(qū)普遍呈現(xiàn)坑狀結(jié)構(gòu)；因地形因素引起的移動盆地與塌陷坑呈現(xiàn)出一種凹坑狀結(jié)構(gòu)。此外，由于地表的塌陷是一種連續(xù)的狀態(tài)，在宏觀層面上呈現(xiàn)出離散狀態(tài)，而內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)為高低不平的起伏姿勢，因此利用DEM能更加直觀的表現(xiàn)地表形態(tài)。采礦塌陷區(qū)由于地下潛水位較高，當(dāng)塌陷到一定深度時容易造成積水，以遙感技術(shù)進(jìn)行積水坑資料的提取更容易發(fā)現(xiàn)塌陷位置，也更容易對可能產(chǎn)生塌陷的位置進(jìn)行定位處理。

（3）輔助驗證。對于圈定的塌陷疑似范圍，結(jié)合SAR數(shù)據(jù)，利用兩期或者多期數(shù)據(jù)的對比，確定塌陷程度，這也是對圈定范圍的一個驗證過程。

2 采礦塌陷區(qū)遙感提取方法應(yīng)用的不足

由于遙感技術(shù)的優(yōu)點，其被應(yīng)用于礦山建設(shè)的各個方面，結(jié)合全球定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的集成，其在空間信息技術(shù)上也獲得了較高的成效。但從采礦塌陷區(qū)遙感提取方法應(yīng)用的層面上看，還存在不足之處，主要可以從以下幾個方面進(jìn)行討論。

（1）人員專業(yè)綜合性知識缺乏。當(dāng)前在采礦塌陷區(qū)的遙感提取技術(shù)中，遙感專業(yè)人員只是遙感方面的專家，而對于礦產(chǎn)地質(zhì)方面知之甚少，另外，由于遙感存在“同譜異物”的現(xiàn)象，對于地下開采方式的“隱蔽性”，地表遙感信息并不能完全反應(yīng)塌陷的真實情況；地理信息系統(tǒng)對塌陷范圍區(qū)的圈定也需要專業(yè)知識的支撐，因此，綜合性專業(yè)人才是保證遙感數(shù)據(jù)提取的前提。

（2）礦權(quán)范圍區(qū)資料的缺乏。由于礦權(quán)范圍屬于涉密范疇，一般核查單位很難獲取，加之地下開采方式的“隱蔽性”，疑似塌陷區(qū)的核實工作量就相對擴大，相比于在漫漫的影像世界里尋找圈定，有精確的礦權(quán)信息范圍就顯得更有目標(biāo)，準(zhǔn)確性也會提高很多； 結(jié)合礦權(quán)信息中的開采方式屬性，只針對地下開采和聯(lián)合開采方式的礦區(qū)范圍進(jìn)行塌陷區(qū)范圍的提取，工作量會有大幅度的減少，所以礦權(quán)范圍區(qū)的資料對于塌陷區(qū)的判定顯得尤為重要。

（3）差異性認(rèn)知缺乏。首先，在提取影像時，南北方應(yīng)該有差別，北方應(yīng)該選在秋季落葉期，南方最適宜時應(yīng)選在冬季植被蓋度稀疏期，這樣更能清晰地反映塌陷區(qū)影像特征，而不是千篇一律；另外，相較于用積水坑提取判定塌陷區(qū)也有一定的誤判，露天開采的采坑也會有積水坑（尤其以南方雨水較多地區(qū)較為常見），因此應(yīng)充分重視南北差異，制定不同的判定策略。

3 采礦塌陷區(qū)遙感提取方法的優(yōu)化對策

在采礦塌陷區(qū)進(jìn)行的遙感提取技術(shù)需要有相應(yīng)的規(guī)范與技術(shù)限制，才能夠真正保證提取的結(jié)果真實有效，通過對遙感提取方法在應(yīng)用中存在的不足之處，提出以下具體的優(yōu)化對策，以此來提高采礦塌陷區(qū)的信息提取準(zhǔn)確性。

（1）加強人員的專業(yè)交叉培訓(xùn)與綜合素質(zhì)。采礦塌陷區(qū)的遙感技術(shù)應(yīng)用需要以專業(yè)化的技術(shù)手段進(jìn)行操作，在這個操作過程中，需要相關(guān)操作人員具備良好的專業(yè)素質(zhì)與專業(yè)能力，同時，也需要相關(guān)人員具備專業(yè)遙感地質(zhì)、礦山監(jiān)測、塌陷區(qū)、地理信息方面的相關(guān)知識。以專業(yè)人員開展專業(yè)知識與專業(yè)技能培訓(xùn)為首要原則，在采礦塌陷區(qū)的遙感技術(shù)應(yīng)用中，需要有具備其他專業(yè)知識的人員進(jìn)行相關(guān)工作學(xué)科交叉的培訓(xùn)與考核，以此提高遙感技術(shù)操作員的專業(yè)知識與專業(yè)素養(yǎng)水平，多學(xué)科、多技術(shù)實現(xiàn)交叉融合，取其優(yōu)勢、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

（2）收集健全歷年礦權(quán)資料。更多更好的收集歷年礦權(quán)資料，建議以省為單位，有的放矢，高效準(zhǔn)確的找出采礦塌陷區(qū)，為礦山隱患的排查以及治理提供有效數(shù)據(jù)支持。另外，對于國家規(guī)范礦山開采以前的非法開采，現(xiàn)已關(guān)閉的地下開采礦山區(qū)也應(yīng)作為重點，逐一排查出塌陷的安全隱患，保障人民的生產(chǎn)生活安全。

（3）制定科學(xué)的判定策略。南北方有差異，但具體到各省是否也有差異呢，這就需要區(qū)別核實，首先，影像時相的選取把握一個原則，就是要能以清晰反應(yīng)本省塌陷區(qū)特征的時節(jié)為準(zhǔn)；其次，對于通過積水坑找塌陷區(qū)只能是結(jié)合相關(guān)知識，逐一的進(jìn)行分類核實，在北方，有些積水坑或許是淺層水聚集所成，但也有可能是雨水；南方雨水居多，對于積水坑的判別就需要更多的專業(yè)知識來進(jìn)行甄別，學(xué)科知識的綜合運用，結(jié)合科學(xué)的判定策略，對于塌陷區(qū)的判定無疑是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

4 結(jié)語

遙感技術(shù)應(yīng)用于采礦塌陷區(qū)，能夠方便快捷地提取信息，并且有效結(jié)合全球定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的集成，在空間信息技術(shù)中發(fā)揮了較好的作用。針對采礦塌陷區(qū)遙感提取方法中存在的不足，從技術(shù)和專業(yè)管理兩方面做出了優(yōu)化處理，可以為遙感技術(shù)在礦山治理及環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用方面提供更科學(xué)的基礎(chǔ)信息服務(wù)，同時，也能夠提高采礦塌陷區(qū)的技術(shù)應(yīng)用水平與技術(shù)手段的提升水平。