基于遥感技术的鸡西矿区采煤塌陷调查

芦少春, 王连元, 张守忠, 王兰霞

(1.黑龙江科技学院 发展规划处;2.黑龙江科技学院 建筑工程学院,哈尔滨 150027)

基于遥感技术的鸡西矿区采煤塌陷调查

芦少春1, 王连元2, 张守忠2, 王兰霞2

(1.黑龙江科技学院 发展规划处;2.黑龙江科技学院 建筑工程学院,哈尔滨 150027)

为有效评价鸡西矿区地面塌陷情况,采用 SPOT-5卫星遥感图像作为基础资料,利用ERDAS IMAG INE软件进行图像校正、图像融合增强处理,通过目视判读的方法快速准确地提取鸡西矿区地面塌陷的分布信息,为矿区环境综合治理提供可靠的依据。研究结果表明,遥感技术对于采矿塌陷地的调查是一种快速高效的手段。

遥感;采煤塌陷;数字处理

Abstract:Directed at evaluating the ground collapse in Jiximineral area,thispaperproposes the use of the SPOT-5 remote sensing image as the foundation data,and the software ERDAS IMAG INE,for im age correction,image fusion and image enhancement and the quick and accurate extraction of the distribution information of coalmining collapse of Jixi mineral areas by visual interpretation.The practices provide the reliable basis for environment comprehensive management of the mineral areas.The result shows that the investigation of coalmining collapse area with remote sensing technology is a quick and efficientmethod.

Key words:remote sense;coalmining collapse;digital processing

0 引 言

随着我国经济的持续发展,对能源的需求量不断扩大,导致煤炭产量快速增长,从 2000年的 12.5亿 t增加到 2009年的 30.5亿 t。煤炭的大量开采,使矿区的采煤塌陷日趋严重,塌陷面积越来越大。采煤塌陷严重危害了矿区人民的生命和财产安全,破坏了矿区的生态环境,给社会经济造成了巨大的损失,塌陷区综合治理势在必行。及时准确地掌握采煤塌陷状况是综合治理的前提。与传统费时、费力、低效的人工调查相比,遥感技术具有宏观、高效、实时、成本低等特点[1]。数字图像处理技术和综合分析能力的提高,使遥感技术得到了广泛应用,已经成为许多领域重要的监测手段。笔者将遥感技术应用于鸡西矿区采煤塌陷区调查中,以期快速获得塌陷区的准确数据。

1 研究区概况

研究区位于黑龙江省东南部的鸡西矿区,E130°24′24″～133°56′30″,N44°51′12″～46°36′55″,行政区面积 5 665 km2。地势西南高东北低。

研究区地层元古界由黑龙江群和麻山群的变质岩组成;中生界的含煤岩系不整合于元古界变质岩系之上。中生界发育陆相含煤岩系,含煤地层为侏罗系上统鸡西群的穆棱组、城子河组。城子河组厚470～550 m,含 11层煤,是该区主要可采煤层,穆棱河组次之。新生界发育厚层的陆相沉积,有多次岩浆侵入,使区域煤的变质程度升高。鸡西矿区受新华夏系构造控制,总体构造是一复向斜。

鸡西矿区有一百多年的开采历史,煤矿数量多。目前正在开采的大型煤矿 12个,散布于整个行政区域。文中以采煤塌陷比较严重的恒山矿、滴道矿和城子河矿为对象进行研究。

2 研究方法

通过对研究区遥感影像处理、判读,初步圈定塌陷区面积;再对研究区相关单位和居民深入走访和调研,结合野外踏勘,详细了解研究区采煤塌陷的具体情况;最终详细判定遥感影像并圈定塌陷区面积。

2.1 资料选取

遥感资料选取法国 SPOT-5卫星 2004年 9月末的影像,图像分辨率为 2.5 m全色波段和分辨率为10 m多光谱影像数据。同时收集研究区 1∶50 000(1986版)的地形图,利用 ERDAS IMAG INE软件进行图像处理。

2.2 图像处理

几何校正选取区域内特征明显、稳定的标志点作为地面控制点。根据研究区地形图上的地面控制点 (GCP),在 SPOT-5影像上找到对应点,对图像进行几何精校正。为了减少图像误差,使其不超过10%。几何校正的误差控制在 0.4像元以内[2]。

为了获得较高清晰度的图像,更好地反映地物类型细节和地物边界,将分辨率为 2.5 m全色波段和分辨率为 10 m多光谱 (1、2、3、4波段)影像进行数据复合,提高了图像的质量。

由于部分塌陷区积水形成了水塘,研究中专门对水体信息进行了提取,以便与植被、建筑物、水体和露天堆放的煤炭等地物相区别。3波段是近红外波段,水体在该波段呈黑或暗黑色调,反射小;4波段是短波红外,对探测植物含水量及土壤的湿度效果好[3]。采用将 3、4波段相加,设定一个阈值的方法,即可将水体与其它地物区分开[4]。

2.3 采煤塌陷区判别

2.3.1 判别标志

根据遥感图像上的颜色、色调、形状、大小、纹理等标志对各种地物进行解译,从中找出采煤塌陷的特征。该区域的地物标志特征见表 1。

表 1 地物标志对照Table 1 Compared indicator of surface feature

2.3.2 识别特征

采煤塌陷区在影像上表现为独立的环形、椭圆形斑点和斑块状,或独立或成群分布,色调明暗不同[4]。沉降区边缘形成不规则封闭、半封闭的环形带或条带影像,有时呈断续的带状。小幅地面沉降造成土壤结构和水分含量的变化,显现出塌陷轮廓。一些地面沉陷区虽已填平,但其浅色环状轮廓仍隐约可见,且排列极不协调。

采煤塌陷除直接解译标准外,遥感图像上还有一些其他特征。如在塌陷区内,人工建筑物、构筑物遭到破坏,居民点拆迁;塌陷区的弃置地较多,土地利用率偏低;地面沉陷使地下水位下降,土地性质发生改变 (水田变成旱田);塌陷区的地表水体形状不规则;复垦的塌陷区,由于回填土的养分比原耕地差,区内植物稀少,色调为灰～浅灰色等,均可作为采煤塌陷解译的间接标志[5]。

3 研究成果

根据地物标志和识别特征对图像进行解译,获得恒山区、城子河区和滴道区塌陷分布图 (图 1)。图 1中黑色区塌陷深,区域大,是塌陷严重的区域,部分区域因降水或积水,形成了水塘或积水区;灰色区塌陷较浅,面积小,是塌陷中等区域;浅灰色区塌陷浅、面积小,是塌陷较轻的地区。

图 1 鸡西矿区塌陷分布Fig.1 Subsidence distribution of Jixim ineral district

从塌陷区的分布看,恒山区的塌陷主要分布在解译图的中部和右下角,中上部的三个水塘是采煤塌陷的积水区,该区域开采时间长,塌陷区目前已经稳定;城子河区的塌陷主要分布在解译图的左下角,中下部和右上角区域;滴道区的塌陷分布在解译图的大部分地区,塌陷严重区在解译图中间偏左的部位和右上角。

将解译图上三个矿区的各类地物进行统计,并从中提取采煤形成的塌陷,得出恒山区、城子河区和滴道区的塌陷面积,结果见表 2。经实地踏勘验证,遥感解译获得的塌陷区数据的准确度达到 95%。

表 2 鸡西矿区塌陷面积统计Table 2 Statistical area of subsidence district in Jixim ineral district m2

4 结束语

研究表明,采用遥感技术对采煤塌陷进行调查,能够有效地解决传统人工调查费时、费力和低效的缺点,开展煤矿塌陷的调查是切实可行的、高效的,可以准确地圈定矿区的采煤塌陷范围。在运用遥感手段调查煤矿的采煤塌陷时,要全面收集当地的相关的资料,并与野外踏勘、实地调研相结合,才能取得满意的效果。同时运用多时相遥感影像资料和多源信息研究矿区塌陷,可以实时监测和掌握地面塌陷规律,进而为采煤塌陷的预防和综合治理提供可靠的依据。

[1] 李成尊,聂洪峰,汪 劲,等.矿山地质灾害特征遥感研究[J].国土资源遥感,2005(1):45-48.

[2] 彭苏萍,王 磊,孟召平,等.遥感技术在煤矿区积水塌陷动态监测中的应用——以淮南矿区为例[J].煤炭学报,2002,27(4):374-378.

[3] 梅安新,彭旺琭,秦其明,等.遥感导论 [M].北京:高等教育出版社,2001.

[4] 汪宝存,苗 放,晏明星,等.基于遥感技术的开滦煤矿地面塌陷积水动态监测[J].国土资源遥感,2007(3):94-97.

[5] 鹿献章,杨义忠,喻 根,等.淮北市北区地表水体及采空塌陷遥感调查[J].安徽地质,1997,7(1):79-87.

[6] 闫世勇.遥感在汶川地震地质灾害评估中的应用[J].河北工程大学学报:自然科学版,2009,26(1):76-80.

(编辑 王 冬)

I nvestigation of coalm in ing collapse area based on remote sensing technology in Jixim ineral district

LU Shaochun1, WANG L ianyuan2, ZHANG Shouzhong2, WANG Lanxia2
(1.Department ofDevelopment&Planning,Heilongjiang Institute of Science&Technology;2.College of Architecture&Civil Engineering,Heilongjiang Institute of Science&Technology,Harbin 150027,China)

P642.26;TP79

A

1671-0118(2010)05-0343-03

2010-09-05

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10551268)

芦少春 (1965-),男,黑龙江省牡丹江人,副教授,硕士,研究方向:遥感应用,E-mail:lsc130@163.com。