遥感技术在煤矿开采区详细地质灾害调查中的应用

欧阳华平,赖健清,张建国,王 娟,丁 丽

(1.中南大学地学与环境工程学院 湖南 长沙 410083;2.有色金属矿产地质调查中心 北京100012)

遥感技术在煤矿开采区详细地质灾害调查中的应用

欧阳华平1,赖健清1,张建国2,王 娟2,丁 丽1

(1.中南大学地学与环境工程学院 湖南 长沙 410083;2.有色金属矿产地质调查中心 北京100012)

采煤造成的地质灾害日趋严重,常规手段难以对其定量化调查研究。利用 IKONOS卫星影像高分辨率的特点,以白银煤矿区为例,分析该区的地质灾害特点和遥感影像特征,建立了塌陷和地裂缝的遥感解译标志,并运用3S技术手段,对该区地质灾害进行定性和定量化分析,为该地方政府决策和当地的环境治理提供了科学依据。

遥感技术;解译标志;地质灾害;3S技术;甘肃白银

1 研究区概况

研究区位于甘肃省白银市平川区,区内主要矿山有王家山煤矿、大水头煤矿、魏家地煤矿和红会煤矿,煤矿开采方式为地下开采。研究区内主要是侏罗纪含煤地层,魏家地、大水头、红会、王家山矿区均属侏罗纪煤田,煤的变质程度基本相同,煤质牌号以不粘煤为主、弱粘煤次之,深部有少量的气煤和 1号肥气煤。

以白银煤矿区为例,笔者主要对该区危害最大的地面塌陷和地裂缝进行定量和定性分析研究。利用 IKONOS卫星遥感数据在研究区建立塌陷和地裂缝遥感解译标志,信息提取后并经实地调查,定性和定量分析采煤塌陷区和地裂缝的位置、面积、长度和危害程度及范围。

2 地质灾害遥感调查内容和方法

遥感技术应用到地质灾害调查中已有许多成功的经验,根据本次遥感调查应用研究的目的,制定了一套工作流程图 (图 1)。

2.1 资料收集

①收集研究区自然地理、地质环境、社会经济等资料。②收集省级矿产资源总体规划、矿产资源分布、矿产资源开采申请登记表 (数据库)、矿山环境等有关的文字报告、图件资料及数据表格等。③收集研究区 1∶5万和 1∶1万地形图及相关 DEM数据。④遥感数据：购买遥感影像,研究区的遥感数据源为 2009年 6月拍摄的 IKNONS影像。

2.2 遥感数据预处理

主要是对遥感数据 PAN波段数据与多光谱数据进行真彩色合成、正射纠正、大地配准、图像融合等。然后对其格式转换后与地形矢量数据进行叠加显示,以人—机交互方式对各种矿山开发状况和矿山生态环境的有关内容进行解译,最后将解译结果提供野外验证。

2.2.1 正射校正 正射纠正与大地配准所有数据将采用高斯 -克吕格投影 3度分带,坐标系统采用1954北京坐标系。正射校正可以降低中心投影引起的像元偏移,这样能提供更丰富的地形地势信息,对于提取和分析地质灾害要素极其有利。本次正射校正是利用 1∶1万的地形图MapGIS数字化后,用其空间分析功能得到 DEM后,再借助 PCI软件利用DEM文件对研究区影像进行正射校正,校正选取了30个控制点,校正的精度控制在 0.5个像元内。2.2.2 数据融合 多光谱影像的光谱分辨率较高,但空间细节表现力较差;全色影像具有高空间分辨率,但光谱分辨率较低。因此,可以将具有低空间分辨率的多光谱影像和具有高空间分辨率的全色影像进行融合,使影像具有较高的空间细节表现力且同时保留多光谱影像的光谱特性。本次研究将 IKONOS的 1、2、3波段融合到 PAN波段中,提高了影像的空间分辨率和光谱分辨率,提高了解译的精度。

图1 主要研究技术图

2.2.3 格式转换 利用 PCI软件预处理好的影像均存储为＊.TIF格式,利用MapGIS软件的图像处理模块将其转换为MapGIS内部图像格式。＊.MSI影像文件与 1∶1万地形图能完全叠合,因此,在上面解译的结果与地形图叠合比较好,给制作野外调查图带来方便,同时也有利于对验证结果进行统计分析。

2.2.4 图像增强 本次研究将转换好的＊.MSI格式,用 MapGIS图像处理模块的自适应拉伸方式将其增强显示,使得图像色调更清晰,塌陷区和地裂缝的细节更明显,对比效果见图 2和图 3。增强后的影像更有利于对等地质灾害进行人—机交互解译。

图2 未拉伸的影像图

图3 拉伸后影像图

2.3 遥感解译标志建立和信息提取

2.3.1 遥感影像特征分析和建立解译标志 本次解译使用 MapGIS软件,对研究区的影像特征详细分析。根据对该地地质灾害资料的收集和整理,分析认为该煤矿区的地质灾害主要类型是由于采空区引起的地面塌陷和地裂缝。因此,建立了塌陷和地裂缝的解译标志 (表 1)。

2.3.2 信息提取 根据建立的遥感解译标志,利用总体观察、对比分析和综合分析等方法,解译出塌陷和地裂缝共计 74处。同时根据收到到的资料还提取煤矿区的矿产资源开采类型、开采方式、开采状况 (开采点的性质、位置、占地范围)等相关信息内容。

表1 煤矿区塌陷和地裂缝遥感解译标志

3 遥感调查结果统计分析

遥感图像的室内解译具有复杂性,主要影响因素有 3个方面：①地物波谱特征复杂,受多种因素控制,本身也是因时因地在变化着;②影像存在“同物异谱”与“异物同谱”现象;③地物的时空属性和地学规律是错综复杂的,各要素、各类别之间的关系是多种类型的。这些因素使得遥感解译具有多解性和不确定性,会随不同地区、不同时段等多种因素而变化。为了验证解译成果的的正确性和实效性,解译完成后对研究区进行实地调查。室内判读的结果与野外验证结果对比分析 (表 2)。

表2 室内影像解译图斑与野外实地调查验证统计表

通过对野外调查表的总结,结合 3S技术,定性和定量分析得出塌陷和地裂缝的统计表 (表 3)。同时,在 GIS属性库中建立解译图斑与野外验证照片一一对应的关系 (图 4、图 5)。

表3 研究区塌陷遥感调查统计表

图4 影像解译塌陷坑

图5 实地调查塌陷坑

本研究区的地质灾害多为人为动力因素诱发,没有自然动力因素诱发的地质灾害。通过室内解译和野外调查发现,地面塌陷和地裂缝对周边的村庄、农田、道路和矿山建筑等一些公共基础设施造成潜在威胁。有两处果园果树枯死,房屋倒塌,已无人居住。塌陷区附近一个村庄大部分房子都出现裂缝,耕地存在严重的漏水问题,当地居民生活和收入受到较大影响。在该煤矿区应加强煤矿整顿和煤矿采掘的监管。对塌陷区受害村庄应进行整体搬迁,避免人民生命和财产受到危害。

4 结 语

应用 IKONOS卫星遥感影像,分析了煤矿塌陷区和地裂缝的遥感影像特征,并建立了详细的遥感解译标志,准确的圈定了塌陷区的边界位置,对煤矿开采区地质灾害遥感调查研究具有重要意义。

利用遥感技术,结合全球定位系统和地理信息系统技术,定性和定量化分析了研究区的塌陷区和地裂缝的相关数据,为地质灾害的治理工作提供了全面、详细的资料,同时对地质灾害发展趋势研究提供了科学依据。

利用遥感技术对地质灾害调查研究,可以指导野外详细调查,缩短工作时间,起到事半功倍的作用,并从宏观上查明地质灾害及其隐患的分布特征,是地质灾害防灾规划的重要理论依据。

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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;编辑：陆李萍

欧阳华平 (1983—),男,硕士研究生,主要从事遥感与 GIS技术方法的应用研究.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.183