SPOT5卫星影像在矿山环境调查中的应用

白光宇，田 磊，张德强

（中国地质环境监测院，北京 100081）

SPOT5卫星影像在矿山环境调查中的应用

白光宇，田 磊，张德强

（中国地质环境监测院，北京 100081）

以吉林省辽源市煤炭矿山为研究对象，通过对SPOT5卫星影像纠正、融合、解译等处理，快速、便捷地查清矿区的地质环境问题：矿区固体废物堆放、尾矿库分布情况；矿山采空区地面塌陷、山体开裂、滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、煤田自燃等地质灾害分布情况；由矿产开发引发的水土流失、土地沙化、侵占土地、植被破坏的情况；矿区水体、植被、土壤污染状况等。通过矿山地质环境调查实践，总结出了SPOT5卫星影像最优波段组合、融合方法及矿山地质环境调查中的地物判读标志，从而使SPOT5卫星影像在遥感环境地质调查中发挥了重要作用。

遥感；SPOT5影像；影像融合；地质环境调查

0 前言

近些年来，地形图更新、水土保持、土地利用、城市规划等方面都应用了SPOT5卫星影像开展了调查研究工作，并取得了良好的效果，充分展现出了遥感快速、便捷、清晰、精确的强大功能，使快速获取数据、缩短成图和更新周期、降低成本、提高效率成为可能。因此，在吉林辽源开展的矿山地质环境调查研究工作中首次尝试使用了SPOT5卫星影像开展野外调查工作。通过大量的室内图像处理工作和野外查证，基本查清了矿区的矿山地质环境问题：矿区固体废物堆放、尾矿库分布情况；矿山采空区地面塌陷、山体开裂、滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、煤田自燃等地质灾害分布情况；由矿产开发引发的水土流失、土地沙化、侵占土地、植被破坏的情况；矿区水体、植被、土壤污染状况等（张进德，2009；张进德等，2010；白光宇等，2010）。本次研究工作中取得的图像处理技术、建立解译标志等为其他矿区应用SPOT5卫星影像开展矿山地质环境调查提供了示范作用。

1 SPOT5卫星及波普数据特点

SPOT5波段及分辨率为一个全色波段影像（2.5m），三个多光谱波段（10m）和一个红外波段（20m）（表1）。

表1 SPOT5数据波普特征表Tab.1 SPOT5 data pop feature table

根据SPOT5数据波谱特征，各波段分别反映了植被的不同特征：P全色波段具有高空间分辨率特，为黑白影像；B1（VIS）可见光波段对植物的叶绿素和叶绿素浓度敏感；B2（RED）红光波段对植被的覆盖度、植被的生长状况敏感；B3（NIR）近红外波段对植被类别、密度、生长力、病虫害等的变化敏感；B4（R）短波红外反映植物和土壤的含水量，利于植被水分状况和长势分析（毕艳玲，2009；代华兵等，2005；谭兵等，2004；倪文辉，2004；黄荣2004）。

2 研究区概况

辽源市位于吉林省西南部，东邻辉南县，南毗柳河，北与伊通、梨树接壤，西部睦邻辽宁省西丰县。地理坐标：东经124°51′22″～125°49′52″，北纬42°17′40″～43°13′40″。辽源市属于低山丘陵地形，海拔高度245～450m。东辽河自东而西横穿全区，四周被低山丘陵所环抱，中间为河谷冲积平原。土壤有白浆土、灰棕土、草甸土和冲积土等。白浆土发育极为普遍；草甸土主要分布于河谷漫滩阶地之低洼地段。其黑土层较厚，结构性好；冲积土是本区主要农业土壤，呈条带状分布于河流两岸漫滩阶地，母质为河流冲积亚粘土和亚砂土。植被以人工林和针阔混交次生林为主；沿河谷地带为耕地和防护林带。

主要开发矿产有煤炭、水泥用石灰岩和建材石料等，主要采矿痕迹有井口及井架、煤堆、矸石堆和露天采场等，主要附属设备有煤炭洗选设备，公路及铁路运输线和规则的厂房等。

3 数据处理

（1）资料选取

本次遥感调查采用的是2003年9月18日接受到的SPOT5全色影像（2.5m）和多光谱影像数据（10m）各一景。该数据没有云雾等噪声的影响，质量较好。由于研究区位于丘陵区，地形起伏较大，对遥感影像变形影响有很大影响，需要利用数字高程模型（DEM）进行正射纠正，并利用1：1万比例尺的地形图进行几何纠正，将影像坐标与地面坐标对应。

（2）控制点选取及配准

纠正的思路是先用地形图对高分辨率的黑白影像进行纠正，然后用纠正完的黑白影像纠正分辨率稍低的彩色影像。在纠正时，以地形图为基准图，控制点要求20个以上，最好均匀分布，点最好选在线形地物如公路、铁路和河流等影像上，因为线形影像不易变形，且点对点的纠正误差不要大于1。

（3）彩色合成

通常RGB（红、绿、蓝）三色合成彩色图像，SPOT5多光谱影像数据的四个波段分别为：B1（green）绿、B2（RED）红、B3（NIR）近红外、B4（R）短波红外，缺少蓝色波段，只能合成假彩色图像。波段组合B4、B1、B2和B4、B1、B3合成的彩色图像都接近于自然色，水体呈蓝色，植被呈绿色，房屋和道路呈白色（略带粉红色）。

（4）融合（图像锐化）

融合目的是使得到的新数据既具有全色波段数据的高空间分辨率特征又具有多光谱彩色的优点。数据融合的方法多种多样，包括HIS（色调H、饱和度S、亮度I）变换融合、彩色标准变换融合（brovey）、主成分变换融合、基于photoshop通道RGB到通道LAB变换融合等。

利用envi软件Transforms＞Image Sharpening＞Color Nomalized（Brovey）的模块下对SPOT5数据融合：①在Select Input RGB 的对话框中选择打开的彩色图像如“Display #1”；②在High Resolution Input File 对话框中选择高分辨率的黑白影像；然后用邻近像原或立方卷积等重采样方法，最后输出文件。

利用photoshop软件融合：分别打开彩色影像和黑白影像，在主菜单—影像—模式下，将RGB模式变换成LAB模式，将两景图像分离通道为L、A、B，然后合并通道，L选高分辨率影像，A、B通道还选用彩色图像中的A、B，最后再将LAB模式变换成RGB模式，再另存为即可。

（5）矿山影像特征及判读标志

合成后的影像颜色非常接近自然色，而且颜色层次很丰富。辽源市主要开采矿产为煤炭和建材。采煤全为地下开采，井口在影像图上不是很清晰，但通往煤矿的铁路线、公路线、煤厂及煤矸石山清晰可见，公路多为浅白色调，有的略带紫色，形状线形。铁路多为深紫色调，形状线形且较直。煤厂和煤矸石山多为深紫色调，形状近乎圆形。采石场在影像上非常清晰，多为白色调，近乎圆形，片状分布在山体脚下，与周围的绿色植被形成鲜明的对比。如图1、图2所示：

图1 煤矸石及煤厂Fig.1 coal gangue and coal

图2 采石场Fig.2 quarry

根据遥感影像特征、专业知识、经验技术和野外查证等，对不同地物建立了相应的解译标志，详见表2。

4 结语

（1）SPOT5卫星遥感影像分辨率较高，影像清晰，基本上能反映出露天采场、矸石堆、尾矿库、地表植被等分布情况，能够直观、快速、便捷的调查出矿山地质环境概况。

（2）根据多种融合方法的比较，Brovey融合算法比较理想，生成的图像地物清晰，层次丰富，信息量大，可判读性较强。

表2 SPOT5 影像解译标志表Tab.2 SPOT5 image interpretation symbol table

（3）利用SPOT5卫星遥感影像的时效性，不仅可以快速的查明矿山地质环境概况，还可以通过对不同时期的影像进行对比，对矿山地质环境实施动态监测，预测矿山地质环境的发展演化趋势。

［1］张进德. 我国矿山地质环境调查研究［M］. 北京：地质出版社，2009.

［2］张德强，朱玉生，田磊. 吉林辽源市矿山地质环境问题及对策建议［J］. 城市地质，2010，5（3）：13～16.

［3］白光宇，李秀玲. 矿山地质环境治理工程预算探讨［J］. 城市地质，2010，5（3）：17～20.

［4］毕艳玲. 基于GEOimage的SPOT5数据处理［J］.林业调查规划，2005，30（2）：11～15.

［5］代华兵，李春干. 森林资源监测中SPOT5数据融合方法的比较［J］. 林业资源管理，2005，34（3） ：76～79.

［6］谭兵，邢帅，徐青，等. SPOT5超模式数据处理技术研究［J］. 遥感技术与应用，2004，19（4）：249～252.

［7］倪文辉. SPOT5卫星影像纠正及特征矢量提取试验［J］. 测绘通报，2004，50（2）：40～42.

［8］黄荣. SPOT5卫星影像在菱角乡森林资源二类调查中的应用［J］. 林业调查规划，2004，29（S1）：145～147.

Application of the SPOT5 Image in the Mine Geo-environment Investigation

BAI Guangyu， ZHANG Deqiang， TIAN Lei
（China Institute for Geo-Environmental Monitoring， Beijing 100081）

The coal mines in Liaoyuan City， Jilin Province as the research object， through the SPOT5 satellite image rectifcation， fusion， translation and other processing solution， it can fast， conveniently identify mine geoenvironment problems： mine solid waste dumps， tailings distribution； mining empty area， ground subsidence，mountain cracking， landslide， collapse， debris flow， karst collapse， coal spontaneous combustion and spatial distribution of geological disasters； water and soil loss， land desertification， land occupation， vegetation deterioration， water pollution， vegetation pollution， soil pollution in the mines. Finally， this paper summaries the SPOT5 satellite image optimum band combination， fusion method of mine geological environment survey and the features in the interpretation signs， so that the SPOT5 satellite images play an important role in remote sensing in environmental geological survey.

Remote sensing； SPOT5 image； Image fusion； Geo-environment investigation

TD167

A

1007-1903（2016）03-0083-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.0016

全国矿山地质环境信息系统建设与服务

白光宇（1976- ），男，硕士，高工，主要从事矿山地质环境领域研究。E-mail：609285536@qq.com。