高分二號遙感影像在濟源市礦山地質災害調查中的應用

任酉貴 許欣欣

（遼寧省自然資源服務中心，遼寧 沈陽 110001）

1 引言

近年來，衛星遙感技術作為一種先進的測繪技術，在對地觀測中具有快速、信息量大、成本低等特點，在礦山地質災害調查與監測中得到了廣泛應用[1]，其中，國產高分二號衛星的空間分辨率達到亞米級，具有高輻射精度、高定位精度和快速姿態機動能力等特點，將在礦山地質災害調查中發揮更大作用。濟源市礦產資源豐富，頻繁的采礦活動引起的環境問題呈多樣化和復雜化態勢，礦山地質災害調查可為合理開發利用礦產資源和保護地質環境提供對策和依據。

2 研究區概況及高分二號衛星參數介紹

2.1 研究區概況

濟源市位于河南省西北部 ，地處北緯34°53′09″～35°16′50″，東經112°01′41″～112°45′46″，全市總面積1931 平方千米,地勢西北高、東南低。濟源市礦產資源豐富，主要有煤炭、石灰巖、鐵礦、銅礦、硫鐵礦、鋁土礦等。人類通過礦山開發推動了當地經濟發展，但非法開采、無證開采、開采后不修復不治理等導致地質環境遭到破壞，崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、泥石流等地質災害經常發生，影響了當地人民生活和生命安全。

2.2 高分二號衛星參數介紹

高分二號衛星于2014 年8 月19 日成功發射，搭載有兩臺高分辨率1 米全色、4 米多光譜相機，標志著我國遙感衛星進入亞米級“高分時代”[2]。高分二號衛星軌道和姿態控制參數如表1 所示，有效載荷技術指標如表2 所示。

表1 高分二號衛星軌道和姿態控制參數

表2 高分二號衛星有效載荷技術指標

3 技術流程

濟源礦山地質災害調查采用內外業結合的方法，按照“內業解譯采集、外業調查核實”的原則安排任務，以高分二號衛星正射影像為底圖，以歷史收集的礦山位置、地質災害數據為輔助，采集地質災害及隱患點的位置范圍。內業難以識別的區域標成疑問圖斑，進行外業實地核查，確保數據準確。具體流程如圖1 所示。

3.1 高分二號衛星影像處理

3.1.1 數據整理

數據處理主要包括原始影像數據的優選、DEM 及控制資料的整理和格式轉換等。衛星影像數據具有多時相、多分辨率、多云霧、重疊度不均勻等特點,衛星影像側視角大小也對成果精度有較大影響，故需提前挑選滿足生產需求的影像：（1）完整、清晰，無大面積噪聲、條紋、云和積雪。（2）盡量避開生長季，植被覆蓋率低人眼更容易識別。（3）優先選擇現勢性強的影像。（4）選擇側視角小的影像，如山地、高山地側視角小于20°，平地、丘陵地側視角小于25°。

圖1 遙感解譯技術路線

3.1.2 影像幾何處理和DOM 生產

影像幾何處理利用外業像控點、高精度DEM 作為基礎數據，對全色影像進行區域網平差、多光譜影像單片配準更新RPC 后，進行正射糾正、影像融合、影像增強、勻色、鑲嵌生產正射影像成果。高分二號DOM 生產流程如圖2 所示。

圖2 高分二號DOM生產流程

3.1.3 質量檢查

成果質檢依據外業控制資料、DOM、DLG 等數據，通過人機交互方式對影像生產成果進行幾何精度檢查，包括絕對精度和相對精度。圖面質量檢查是否色調均勻、紋理清楚、層次豐富、無明顯失真，影像是否存在噪聲、模糊、扭曲、錯開、裂縫、漏洞等缺損。

3.2 遙感解譯

不同的地質災害在高分二號遙感影像上呈現的形態、色調、影紋結構等均與周圍背景存在區別[3]。因此，通過人機互動、目視解譯、外業核實，總結項目區礦山地質災害點的共性，并建立解譯標志，從而完成項目區已發生的地質災害點和地質災害隱患點的調查。

3.2.1 初步解譯

根據制作好的遙感影像對調查區的礦山地質環境點進行初步解譯，了解項目區的礦山地質環境特點和類型，建立解譯標志和解譯影像單元。

3.2.2 地質災害形成機理和遙感解譯標志

濟源市礦山地質災害主要為地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流，其中地面塌陷最為突出。

（1）地面塌陷及地裂縫

地面塌陷主要由煤礦、鐵礦井下開采引起。在煤礦開采區，地裂縫和地面塌陷往往是伴生的，主要分布在塌陷坑、采區作業面四周或塌陷盆地四周和外圍。露天采場和排土場邊坡失穩也易引發卸荷型地裂縫。

遙感影像上地裂縫呈暗色線狀，是地形突變引起光譜差異所致，有平行排列形、折線形和蠕蟲形[4]。其形態特征有直線形和曲線形。直線形裂縫平直，延伸方向穩定；曲線形裂縫呈弧形彎曲，大多由工作面的一側延伸至另一側。植被覆蓋程度越低，地裂縫遙感影像越容易識別，因此，盡量選用植被覆蓋度較低時間段的遙感影像。地面坍塌地裂縫遙感影像如圖3所示，濟煤六礦北部地裂縫如圖4 所示。

圖3 地面坍塌地裂縫遙感影像

圖4 濟煤六礦北部地裂縫

（2）崩塌

崩塌一般發生在地形切割強烈、巖石破碎的山區，坡度在45°以上。崩塌在遙感影像上呈弧形、月牙形，深灰色、暗灰色等，后緣或側緣有陰影，有時崩塌壁形成陡坎，受光照方向影響，整個崩塌壁和崩塌體全部或大部分被陰影遮蓋，下方有雜亂崩塌物。崩塌遙感影像如圖5所示，小橫嶺村崩塌毀壞房屋如圖6所示。

圖5 崩塌遙感影像

圖6 小橫嶺村崩塌毀壞房屋

（3）滑坡

濟源市礦區多為排土場、廢石場滑坡，或因坡腳開挖形成的臨空面引發滑坡。

在遙感影像上，滑坡呈白色、灰白色等淺色調，呈規則的圓弧狀、門狀。滑坡體已完全脫離基巖母體下滑，滑坡體呈長條舌狀、扇形狀，并時常推擠河流形成間流段，在堆積層滑坡或基巖滑坡的周界內緣常見完整或不完整的弧形拉張谷地，形成左右雙溝同源現象。滑坡遙感影像如圖7 所示，滑坡現場照片如圖8 所示。

（4）泥石流

濟源礦山泥石流主要是山區礦產開發過程中廢石廢土不合理堆排，暴雨、暴雪或其他自然災害所引發的特殊洪流，也稱為礦渣型泥石流。在遙感影像上，泥石流的物源區、流通區及堆積區分布明顯，流通區呈不規則條帶狀，末端有紋理粗糙的堆積物。濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛星影像如圖9 所示。

圖7 滑坡遙感影像

圖8 滑坡現場照片

圖9 濟源白虎溝泥石流溝平面分布衛星影像

3.2.3 外業核查和結果分析

整 個項目共解譯出礦山環境地質災害點52 個，其中，對危及礦山設施、城鎮、重要建筑物、交通、村莊等的礦山地質災害及其隱患，全部進行外業核查，核查率100%。經過野外核查，確認地質災害點41 個，占解譯點的78.8%；地質災害現象點11 個，占解譯點的21.2%。

4 結語

利用高分二號衛星遙感影像進行礦山地質災害調查，影像分辨率更高，達到亞米級，對地物的識別能力更好，遙感解譯的精度更高，類別更多、更細，能夠為保護礦山環境以及后期礦山地質災害治理提供及時準確的數據保障。