李佳慧　孙继宸　李抒

摘 要：近年来，尾矿坝的渗漏、垮塌、滑坡、溃坝等突发事故造成严重的环境污染。遥感技术已成为突发环境事故应急处置中必要的手段之一。在尾矿库泄露事故发生初期，遥感技术可以快速提供地形地貌、地质构造和地物判别的信息。本文提出运用多源遥感技术提取尾矿库重金属泄露区信息，使不同遥感数据源发挥各自优势；基于数字高程模型，对尾矿库重金属泄露泥石流区域进行定量分析；以无人机环境应急遥感为例，分析应急遥感的数据分析过程，为环境应急处置技术选择及物资调运等决策提供支持。

关键词：多源遥感技术 数字高程模型 无人机遥感 尾矿库重金属泄露

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0079-02

遥感技术的发展，是以传感器、遥感平台、图像增强、信息传输和数据处理等技术领域的重大进步为基础[1]。遥感在突发环境灾害事故和环境监测、预警方面有重要应用。矿业是我国国民经济和社会发展的重要物质基础，60%以上工业原材料和95%以上的能源均取自矿业[2]。常见的尾矿库突发事故主要有尾矿坝渗漏、尾矿排水污染、滑坡溃坝及尾矿输送系统的泄漏等，这些突发事故往往会造成大量的污染物质进入水体，造成严重的环境污染。遥感技术应用在尾矿库泄露事故后的影响范围和响应时间的分析可为尾矿库环境应急管理工作提供支持[3]。

本文提出运用多源遥感技术提取尾矿库泄露区域信息，使不同的遥感能够发挥各自优势；基于数字高程模型，对尾矿库重金属泄露区域进行定量分析；以无人机环境应急遥感为例，分析应急遥感的数据过程，为环境应急处置技术的选择及物资调运等决策提供支持。

1 尾矿库重金属泄露区遥感基础信息

1.1 尾矿库遥感影像

尾矿库泄露后，泥石流夹杂着重金属瞬间垮坝，污染物进入水体，使水体在温度、颜色、透明度等方面发生变化，遥感可以根据水体反射的波谱变化，通过灰阶、色调等方面的不同识别出水体污染范围、浓度及污染面积。本文经过分析，总结出尾矿库重金属泄露遥感影像特征，如表1所示。

目前，航天和航空遥感是尾矿库重金属泄露事故中常见的调查方法，选择恰当的遥感资料对事故调查非常重要。

1.2 遥感数据

不同的传感器在光谱、波段、分辨率等方面均不相同，其数据可分为高光谱数据、航空数据、卫星数据及相关辅助数据。

本研究采用多源遥感信息融合的方法，即将多种、多时相遥感获得的数据与遥感与非遥感获得的数据综合分析，使不同的遥感数据发挥各自的优势，能够快速准确地获得泄露事故的全面信息。

2 多源遥感信息融合技术

本文以SAR和光学数据融合为例：第一步，对SAR数据进行预处理；第二步，对光学数据进行正处理；第三步，将上述两种数据进行配准、融合；第四步，提取地面实测数据及其他基础数据，将多种数据融合，进行综合分析。图1表示了具体的泥石流多源遥感数据提取方案。

2.1 多源遥感数据预处理

光学遥感数据需要进行大气校正、绝对辐射校正、几何校正、图像增强及噪声去除等预处理；SAR数据需要进行斑点抑制预处理，常用的斑点抑制方法包括多视平滑预处理和斑点噪声滤波技术。实际应用中，经常采用基于局域统计特性的空域自适应滤波方法，如Lee滤波、Sigma滤波等。

2.2 数据配准与融合

为了综合使用不同来源数据，减少空间分辨率、定位等方面引起的误差，在进行多源信息提取之前，需要对研究区数据进行配准与融合。常用几何校正的方法做配准工作，彩色合成法是融合采用的主要方法，它通过颜色对比表现变化，除此之外融合的方法还有差值法和比值法。

2.3 多源遥感信息提取

SAR图像中，图像越明亮表示后向散射能量越大，图像越暗则能量越小。其中，每一个像素表示区域内的后向散射的估计量。河流附近是发生滑坡事故的主要区域，一旦发生事故，水体后向散射特征变化较大，可以快速提取相关信息。

表1 尾矿库重金属泄露污染遥感影像特征

污染类型 常用遥感方法 影像特征

植被押覆 彩色摄影、多光谱摄影、多光谱扫描成像、相关辐射仪 彩色红外图像上呈红褐色或紫红色，在MSS7上呈浅色调

悬浮固体 彩色红外摄影、多光谱摄影、多光谱扫描成像 MSS5图像上呈浅色调，彩色红外片上呈淡蓝、灰白色调，水流与清水交界处形成羽状水舌

矿油污染 可见光、紫外、多光谱摄影，多光谱扫描成像、激光扫描成像，红外、微波辐射计 可见光、紫外、近紅外、微波上呈浅色调，在热红外图像上呈深色调，为不规则斑块状

热污染 红外辐射扫描、微波辐射仪 热红外图像上呈白色或羽状水流

3 DEM遥感分析

数字高程模型（DEM），即用有序数值阵列表示坡度、坡向和坡度变化率等地貌的实体地面模型。其他地形特征值都可由此衍生。

目前，ArcMap、VirtuoZo等软件都可以建立数字高程模型。将遥感资料进行几何校正后，与地理信息相匹配和镶嵌，进一步对图像的饱和度、色度、亮度进行处理，利用空中三角测量，获得均匀分布的控制点，生成相关区域的数字高程，经过特征提取，生成TIN结构及坡度敏感图。泥石流塌方量也可以通过DEM获得的数据计算得出。

4 无人机环境应急遥感研判

无人机飞机可以从宏观上提供遥感数据，为事故评估和后续治理提供决策依据。目前，无人机作为对地观测系统，具有快速、动态且宏观的优点。

4.1 无人机遥感信息获取

无人机遥感技术利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像，利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，同时实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自动传输、影像预处理等功能。

4.2 无人机遥感信息处理

无人机影像具有像幅小、倾角大、重叠度不规则等缺陷，必须对地面站接收的遥感信息进行复原、加工，消除各种辐射畸变，才能使图像与目标物的真实情况相近。无人机遥感图像校正处理包括图像恢复或图像复原等，也可称作辐射校正和几何校正。图像恢复可以消除数据中依附在的各种辐射失真。图像的几何校正是指从具有几何变形的图像中消除变形的过程。步骤如下：

（1）选取地面控制点。

（2）选择空间变换函数。

选择坐标变换函数式，建立图像坐标（x，y）及参考图像坐标（X，Y）之间的关系式。把参考坐标转换到原始坐标对应关系应为式（1），转化过程如图2所示。

（3）重样采和内插。

为了输出的图像无畸变，必须对输入的图像进行重样采。其方法有两种：一是在输出坐标系上将输入图像的各个像元投影在变换后的的相应位置上；二是在输入图像坐标系对输出的各个像元的相应位置进行逆运算，求出该位置上像元数据。在实际中，常用的几何校正方法有最邻近内插法、双线性内插法和三次卷积内插等。

5 结语

遥感成为环境事故应急处置工作中第一现场信息获取不可缺少的手段。运用多源遥感技术，发挥不同遥感数据源的优势互补，获得尾矿库重金属泄露滑坡区域相关信息。基于数字高程模型，对尾矿库泄露区域进行定量分析，得到地理基础定量数据；无人机遥感图像经过信息获取、传输、处理等一系列过程后，可以对尾矿库重金属泄露事故态势展开分析，展现遥感技术在尾矿库重金属泄露事故应急处置中的重要作用及其优势性。

参考文献

[1] 施益强，陈崇成，陈玲.遥感技术在环境科学与工程应用中的进展[J].科技报，2002（12）：25-29.

[2] 刘阳.谈我国固体矿产资源分布状况[J].黑龙江科技论坛.黑龙江省第五地质勘察院，2012（30）：40.

[3] 肖如林，刘慧明，付卓，等.基于“天地一体化”指标的尾矿库安全预警技术研究[J].环境与可持续发展，2017，42（6）：

117-121.