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遥感技术在阳泉矿山调查中的应用

时间:2014-02-27 21:17来源:科技创新与生产力 作者:李洁点击:
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  摘要:阳泉是山西省重要的矿产集中区之一,矿产资源比较丰富,但开采秩序较混乱、矿山环境较差。阐述了遥感技术在矿山调查中的工作方法,利用此方法对该区矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况,进行有效调查与监测,并利用模糊数学方法对工作区环境进行评价,给出了2个具体实例,为矿政管理部门获取矿产资源开发客观数据、制定矿产资源规划、整顿矿产资源开发秩序、治理矿山地质环境等提供技术支撑和决策依据。

  关键词:遥感;矿山调查;矿山环境;矿产资源;阳泉

  近年来,随着科学技术的不断发展,遥感技术得到了广泛而有效的利用。我国经济发展对矿产资源的需求不断加大,矿产资源粗放式开采的问题随之而来。矿产资源是我国人民生活和社会经济发展的命脉,如果对其开采得不到有效的监管,将会产生极大的浪费,并且对环境造成巨大的破坏。为适时获取客观基础数据,2006年,国家国土资源部中国地质调查局启动了我国“矿产资源开发多目标遥感调查与监测”工作。其主要目标任务是利用先进的遥感技术,对我国重要的成矿带、矿集区和规划区,实施矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况遥感调查与动态监测,适时地获取客观数据,形成综合分析与评价报告,为国家国土资源部制定矿产资源规划,保持矿产资源的可持续开发与利用,维护矿业秩序以及综合整治矿区环境,提供技术支撑及决策依据。

  遥感(Remote Sensing)是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上,利用可见光、红外电 磁波、微波等电磁波探测仪器,通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理,从而研究地面物体形状、大小、位置及其环境的相互关系与变化现代科学 技术[1]。

  国外利用遥感技术对矿山集中区进行遥感调查与监测,主要表现在以下几个方面:一是对地表采矿引起的环境问题和矿权土地复垦作定性评价;二是定性分析矿区土地利用、地表水、地下水和土质受矿产开发的影响程度;三是研究地下采矿引起的地表变形、地下水变化和地表植被变化三者的关 系等。

  美国早在1969年就组织了由联邦土地保护部矿山处执行的矿山环境与灾害监测项目,取得了明显的防灾减灾效果,他们还利用遥感技术对煤矿开采产生的矸石堆进行动态监测,以防止矸石堆自燃。Ferrier等人利用成像光谱技术对西班牙的最大铜矿Rodaquilar进行长期跟踪调查,分析了由于铜矿过度开采,造成地面沉降并严重影响其他资源开采的原因,并预测了该技术的发展趋势[2-3]。

  1 遥感技术在矿山调查中的工作方法

  此次工作的目的和方法,是在摸清阳泉区域成矿地质背景的基础上,根据区内重要矿种成矿区情况,综合运用遥感技术,提取并实地检查验证矿产开发利用状况信息、矿产资源规划执行情况及矿业开发利用引发的环境问题,并依据统计结果,对工作区内的矿山开发状况、矿山环境状况、矿产资源规划执行情况进行综合评价。

  1.1 资料收集

  收集整理工作区自然地理(主要包括地理位置、村庄名称、公路、铁路等)、地质矿产、矿山环境、矿产资源规划、矿权数据(需要当年最新的矿权数据,为后期分析矿产开发利用状况作准备)等资料,收集工作区1∶50 000比例尺地形图和DEM数据;前期还需要对工作区进行野外踏勘,确定一些明显地物类型的位置,为建立解译标志作准备。

  1.2 遥感数据源的选取与预处理

  根据工作区范围和调查尺度,该工作区采用数据全色2.5 m分辨率与10 m多光谱组合的SPOT-5数据。数字图像处理内容,主要包括对原始数据进行辐射校正、正射校正和图像增强,最终制作出符合标准的高质量遥感图像,提高图像识别率,获取各种资源或环境的准确信息,提高解译应用效果。

  1.3 矿山信息提取

  信息提取的内容,包括矿产资源开发信息(例如开采面、开采点等)、矿山环境信息(例如排土场等)、地质灾害信息(例如滑坡、泥石流等)等几个方面。信息提取前,应建立工作区的解译标志。信息提取后,应根据解译情况挂接必要的属性,确定需要进行野外调查的图斑。

  1.4 野外调查

  信息提取完成后,必须进行实地调查,利用GPS手段,对有疑问的图斑(例如开采面和排土场分辨不清楚的图斑)和所有违法图斑(例如不在矿权范围区域内而是越界开采面的图斑、无矿权开采面的图斑)进行100%验证。

  1.5 解译信息修改

  根据野外调查的实际情况,对前期室内解译存在疑问或解译错误的图斑进行修改和完善。主要有以下两种情况:一是在解译时开采面和排土场在一起的图斑要严格分开,并对开采面进行细化,因为在后期统计矿山占地时,开采面与排土场要分别统计;二是虽然开采点所占用的图斑也叫开采面,但在属性挂接时,这种开采面不能归入开采面矢量文件中,要与露天开采的开采面区分开来。

  1.6 成果统计

  对解译验证后的信息,分类别进行属性统计。在后期解译全部结束后,要对每一个图斑进行属性挂接,例如开采面在占地方式属性中定义为“10”,而排土场定义为“3A”。通过一系列的属性挂接,可以对解译后的图斑信息精确分类,并最后进行 统计。

  1.7 综合分析评价

  依据统计结果,分析工作区的矿产资源开发状况、矿山环境状况、矿产资源规划执行情况,并评价遥感数据源的适用性及必要性、矿山开发趋势、矿山环境发展趋势等。矿山遥感调查工作方法流程图,见图1。

图1矿山遥感调查工作方法流程图

  2 遥感技术在矿山调查中的具体应用实例

  以山西省阳泉市郊区疑似无证开采的某煤矿为例。该处位于山西省阳泉市郊区,是一处露天开采煤矿,对应06号图斑;现场调查时,该处名义上是在修公路,但其作业规模远远超出修路范畴。采场巨大,东西宽约1 km,场内挖机、运输车辆众多,自北向南拓进,机械轰鸣,尘土飞扬,作业水平面远低于公路水平面;图斑东南部和西南部均已见煤层出露,且有机械作业;排土场规模宏大。现场调查时,图斑实地情况与影像对比已有变化。此处无矿权数据,疑似煤矿无证开采,其解译成果图,见第72页图2。

  山西省阳泉市某村排土场滑坡隐患及煤层自燃点示意图,见第72页图3。滑坡物质来源为附近废弃露天开采煤矿所排放的固体废弃物,现已停止排放,排土场高出地面约30 m,坡度陡,物质多为松散土质,结构较为疏松,且未作有效防护,对其东部边缘的厂区存在滑坡隐患;煤层自燃点为修路时剥离覆土的煤层露头自燃,规模较小。

图2疑似煤矿无证开采其解译成果图和图3山西省阳泉市某村排土场滑坡隐患及煤层自燃点示意图

  3 结束语

  此次工作,运用遥感技术对阳泉的矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况进行了遥感调查与监测工作,取得了一定成果。

  1)对阳泉的遥感影像,运用辐射校正、正射校正、图像增强等方法,制作出一套高分辨率的数据,为信息提取创造了有利基础。

  2)以GIS为数据处理核心。综合运用了ArcGIS,MapGIS等软件,以遥感技术为数据获取与更新的基础,以野外勘查、调研为辅助手段,开展矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况的遥感调查与监测工作。

  3)对阳泉的矿山开发秩序进行了监测,基本查明了工作区内的矿山开发状况,对矿山开发秩序和开发利用状况进行了综合评价,并进一步对疑似违法开采的规律进行了总结。

  4)对阳泉的矿山地质环境进行了监测,快速、准确地查明了工作区内的矿山环境状况,对矿业活动占用土地面积变化进行了对比分析,总结矿山开发与土地资源破坏、矿山地质环境变化等项目之间的关系,并进行了深入分析。

  5)对阳泉的矿产资源规划执行情况进行了调查,针对矿产资源开采规划、矿山生态治理与恢复规划进行了分析评价,并提出了规划建议。

  此次工作查明工作区内矿产资源开采规划的执行情况一般,主要是实际设置的采矿权数量远远超出规划设置的采矿权数量;查明工作区内矿山生态环境治理与恢复规划的执行情况一般,许多废弃的露天煤矿没有得到有效回填和治理。

  6)对阳泉的矿山地质环境进行了综合评价,对工作区内矿山环境影响较大的自然地理、矿山活动占地、矿山地质灾害、矿山生态环境恢复治理等因素进行了评级,编制了矿山地质环境综合评价分区图。

  7)为阳泉的遥感影像解译建立了一系列解译标志,并为工作区内矿山地质环境评价建立了环境分级评价模式,为今后在该区域开展工作奠定了 基础。

  通过此次工作,发现遥感技术可以直观、快速、准确地对煤矿调查区进行全面的调查与监测。遥感技术的应用突破了空间、地域上的限制,对隐蔽违法矿山能够进行有效地打击,对矿山环境的恢复治理能够进行有效地监管。

  参考文献:

  [1] 潘宝玉,王贵祥.3S技术集成及其在地质领域中的应用[J].地矿测绘,1999(1):8-11.

  [2] 候雨坚.“生态环境”用语产生的特殊时代背景[J].中国历史地理论丛,2007,22(l):116-122.

  [3] 田雨,李成名,林宗坚,等.基于ARCVIEW的矿区生态环境质量评价系统设计与实现[J].能源环境保护,2004,18(3):50-52.

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