基于资源一号02C卫星数据的粤北矿山地质环境监测*

黄铁兰，王耿明，张金兰

(1.广东工贸职业技术学院，广东广州 510510;2.广东省地质调查院，广东广州 510080)

0 引言

国民经济的快速发展，离不开矿产资源的大规模开发利用，然而矿产资源的开采在带来经济效益的同时，也引起了一系列的矿山地质环境问题，包括土地资源破坏、矿山地质灾害和环境污染等［1］。以往矿山地质环境调查以地面调查和野外采样为主，持续时间长，效率较低。近年来，遥感技术的快速发展，为矿山地质环境监测提供了更为有效的手段，其在矿山地质环境监测中得到越来越广泛的应用［4－5］。

资源一号02C卫星是中国首颗高分辨率宽覆盖的民用遥感卫星，搭载有全色多光谱(P/MS)相机和高分辨率全色(HR)相机，能获取2.36 m、5 m的全色影像和10 m的多光谱影像［6］。该卫星分辨率较高、覆盖范围广、重访周期短，可以广泛应用于国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境监测等国家重大工程领域［7－9］。

本文以资源一号02C卫星数据为遥感数据源，在粤北地区开展矿山地质环境监测，并对应用中存在的问题进行讨论。

1 研究区及数据源

1.1 研究区概况

研究区位于粤北地区，北靠湖南，覆盖韶关市的乐昌市、仁化县、南雄市等 8个县级行政区，范围为东经 113°13'～114°10'、北纬 24°43'～ 25°31'，面积约为6 000 km2。该研究区是广东省矿产资源分布集中、矿山开发程度较高和矿山环境问题较为突出的区域，分布有仁化凡口铅锌矿、曲江瑶岭钨矿、始兴石人嶂钨矿等大型矿山，开采矿种以铁矿、钨矿、铅锌矿为主。研究区地理位置，如图1所示。

图1 研究区地理位置Fig.1 Location of study area

1.2 数据源

收集到研究区资源一号02C数据6景，数据拍摄时间为2012年10月和11月。数据包括5 m/10 m分辨率的P/MS全色/多光谱数据和2.36 m分辨率的HR高分辨率数据，多光谱数据有绿、红、近红外3个波段。数据整体含云量小于10%，而且没有覆盖重要矿山地物，纹理较为清晰。图2为02C多光谱、全色、HR全色数据对比图。

2 技术流程

本研究采用的技术方法为:在对数据进行预处理的基础上，结合野外踏勘建立解译标志，然后通过人机交互解译的方法进行室内解译，再进行野外调查与验证，修改完善解译成果，最后进行统计分析和成果输出。技术流程，如图3所示。

3 监测方法

3.1 数据预处理

数据预处理主要包括多光谱和全色数据的配准、多光谱和HR全色数据的配准、多光谱和全色数据融合、多光谱和HR全色数据融合、融合数据的反差增强、融合数据的几何精校正、数据裁剪等过程。

3.1.1 多光谱与全色数据配准

采用二次多项式校正方法，选择10个控制点，均匀覆盖整景影像，控制点整体误差控制在一个像元内。配准效果，如图4所示。

3.1.2 多光谱与全色数据融合

影像融合的方法有很多种，包括HIS、PCA、Brovey等。经过试验和对比，最终选择HIS方法作为ZY1－02C数据融合方法。融合后彩色合成数据色彩丰富、反差适中、纹理清晰。融合效果，如图5所示。

图2 02C卫星多光谱、全色、HR全色数据对比Fig.2 Comparison among multi-spectral，panchromatic and HR panchromatic images for ZY1 －02C

图3 技术流程Fig.3 Technical routes

图4 ZY1－02C多光谱与全色数据配准Fig.4 Registration between multi-spectral image and panchromatic image for ZY1－02C

图5 ZY1－02C多光谱与全色数据融合Fig.5 Fusion between multi-spectral image and panchromatic image for ZY1－02C

3.1.3 几何精校正几何精校正。采用三次多项式校正方法，每景控制点数量为20个，均匀覆盖全景影像，山区的控制点相对较多，控制点整体误差小于1个像元。

3.2 信息提取

根据以往矿山遥感监测的经验，结合野外踏勘情况，建立各类矿山地物的解译标志，然后进行信息提取。

信息提取的主要内容包括:土地资源占用、矿山地质灾害、环境污染、矿山环境恢复治理情况等。矿山占地情况主要包括采场、矿山建筑物、中转场地(矿石堆、选矿场、选矿池等)、固体废弃物(排土场、废石堆、尾矿库等)占地情况;矿山地质灾害包括崩塌、滑坡、泥石流等、水土流失等;环境污染包括水体污染、土壤污染等。

主要地质灾害的影像解译标志，如图6所示。

3.3 野外验证

针对室内解译结果，选择部分有疑问的图斑，开展野外调查验证。主要验证解译的准确性，拍摄相关照片，并采集GPS点位。然后根据野外调查情况对室内解译结果进行了详细解译和修改。

部分矿山的环境污染和矿山恢复治理情况的野外验证情况，如图7、图8所示。

图6 主要地质灾害解译标志Fig.6 Interpret symbols of major geological disaster

图7 铅锌矿土壤污染Fig.7 Soil pollution of lead zinc ore

图8 稀土矿植被恢复治理Fig.8 Vegetation recovery of rare earth ore

4 监测结果分析

4.1 土地资源占用情况

遥感调查发现，研究区内开采矿种15种，其中能源矿1种，金属矿4种，非金属矿10种。该区矿山活动占用大量的土地资源，总计463.02 hm2。按矿山活动类型统计，固体废弃物占地最多，其次是中转场地和采场，矿山建筑最少。按矿种统计，非金属矿占地最多，其次是金属矿和能源矿。具体情况，如图9所示。

图9 研究区矿山活动占地情况统计Fig.9 Statistics of occuping land condition of mining in study area

4.2 矿山地质灾害(隐患)情况

调查发现，研究区内各类矿山地质灾害10处，其中崩塌8处，滑坡1处，泥石流1处，另外大部分非金属矿山都存在较为严重的水土流失现象，尤其是稀土矿和陶瓷土矿。

4.3 环境污染情况

研究区内金属矿山较多，采矿废渣、废水等对环境的污染较为严重，主要污染类型是水体污染、土壤污染等。调查发现水体污染12处，土壤污染8处。

4.4 环境治理恢复情况

调查发现，研究区内的主要矿山凡口铅锌矿、瑶岭钨矿和石人嶂钨矿等都进行了一定程度的环境治理恢复，包括尾矿库整治、地质灾害治理等。部分稀土矿和陶瓷土矿也进行了复垦绿化，主要治理方式为植树和种草，但治理的整体效果不够理想，水土流失依然较为严重，滑坡等地质灾害隐患仍然存在，需要探讨更加有效的治理方式，并进一步加大治理力度。

5 结论

通过将资源一号02C数据应用到粤北地区矿山地质环境监测中发现，利用02C数据能较好的提取各类矿山地质环境信息，包括各类矿业活动占地情况，主要地质灾害，环境污染、矿山环境恢复治理情况等。但也存在如下问题:

1)02C数据质量问题。多光谱、全色、HR数据间存在明显的错位现象;数据局部存在条纹噪声，HR数据拼接痕迹明显;原始数据灰度值偏低，分布较为集中，对比度不强。

2)识别较小的矿山地质环境要素较为困难。虽然02C数据融合后可以达到2.36 m的分辨率，但对于面积较小的崩塌、滑坡等矿山地质灾害提取较为困难。

要解决以上问题，一方面要加强数据处理技术的研究，提高图像质量;另一方面要与其他类型数据源结合使用，并适当加大野外调查力度。

［1］武军.矿山环境问题与对策［J］.云南环境科学，2001(S1):36－38.

［2］王晓红，聂洪峰，李成尊，等.不同遥感数据源在矿山开发状况及环境调查中的应用［J］.国土资源遥感，2006(2):69－71.

［3］王晓红，聂洪峰，杨清华，等.高分辨率卫星数据在矿山开发状况及环境监测中的应用效果比较［J］.国土资源遥感，2004，59(1):15 －18，80 －81.

［4］闫琰.遥感技术在矿山区域环境治理中的应用研究——以顾桥矿区为例［D］.淮南:安徽理工大学，2012.

［5］钱丽萍.遥感技术在矿山环境动态监测中的应用研究［J］.安全与环境工程，2008，15(4):5 －9.

［6］中国资源卫星应用中心.资源一号02C卫星用户指南［Z］.北京:中国资源卫星应用中心，2012.

［7］文雄飞，陈蓓青，申邵洪，等.资源一号02C卫星P/MS传感器数据质量评价及其在水利行业中的应用潜力分析［J］.长江科学院院报，2012，29(10):118 －121.

［8］周亦，武娟，李琦，等.“资源一号”02C卫星影像在土地利用变化信息发现中的试验与分析［J］.矿产勘查，2012，3(5):688 －694.

［9］刘刚，许宏健，马海涛，等.基于资源一号02C卫星数据的土地资源高分系统变化信息提取方法应用研究［J］.测绘与空间地理信息，2013，36(4):65 －68，71.