【摘要】：我國是一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國家,同時(shí)作為世界主要的礦業(yè)生產(chǎn)國家,長期粗放式礦山開發(fā)活動(dòng)引發(fā)的各種地質(zhì)環(huán)境問題威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)安全,嚴(yán)重影響和制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)及礦山的可持續(xù)發(fā)展。作為礦山地質(zhì)環(huán)境中的重要部分,露天礦地質(zhì)環(huán)境涵蓋了礦區(qū)地質(zhì)背景、自然環(huán)境、生態(tài)人文環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害等主要內(nèi)容。結(jié)合高速發(fā)展的遙感技術(shù),探索研究如何將遙感應(yīng)用于露天礦地質(zhì)環(huán)境相關(guān)研究中,能夠緩解經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求,減少礦產(chǎn)資源生產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)造成的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞,加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與綜合治理,促進(jìn)礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用,確保在滿足礦產(chǎn)資源需求的同時(shí),保護(hù)好環(huán)境。河南省是我國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備和開發(fā)利用大省,省內(nèi)礦產(chǎn)資源種類多樣,礦山類型齊全,獨(dú)特便利的交通環(huán)境和地理位置決定了活躍的河南省礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng),是開展露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感研究的理想研究區(qū)。本文研究工作以河南省礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)踐和應(yīng)用為依托,選擇河南省作為主要研究區(qū)域,以露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感方法為主要研究內(nèi)容,基于礦山地質(zhì)環(huán)境和遙感技術(shù)的相關(guān)理論和研究方法,建立河南省露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感解譯標(biāo)志體系,提出露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感解譯一般工作方法和解譯標(biāo)志體系評(píng)價(jià)方法;同時(shí),本文研究以面向?qū)ο蟮母叻直媛蔬b感影像信息提取技術(shù)為基礎(chǔ)的多源數(shù)據(jù)協(xié)同信息提取方法在露天礦地質(zhì)環(huán)境解譯中的應(yīng)用效果,并在河南省境內(nèi)選擇了豫中非金屬礦研究區(qū)和豫西金屬礦研究區(qū)兩個(gè)典型示范區(qū)域,開展露天礦地質(zhì)環(huán)境要素信息提取方法相關(guān)研究。論文共分為六章,主要內(nèi)容如下:第一章緒論介紹論文研究背景,從礦山地質(zhì)環(huán)境高分辨率監(jiān)測方法、面向?qū)ο蟮母叻直媛市l(wèi)星影像信息提取方法和礦山地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)三個(gè)研究領(lǐng)域,總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn)和當(dāng)前研究成果、存在的問題及未來發(fā)展趨勢;第二章介紹河南省的交通位置、氣象水文、地形地貌、地質(zhì)背景和礦產(chǎn)資源開發(fā)利用概況,同時(shí)對(duì)選作典型示范區(qū)域的兩個(gè)研究區(qū)的情況進(jìn)行簡介(豫中非金屬礦研究區(qū)和豫西金屬礦研究區(qū));第三章以礦山地質(zhì)環(huán)境的概念、研究內(nèi)容和主要問題分類為研究基礎(chǔ),歸納總結(jié)并建立露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感研究的基礎(chǔ)理論和主要研究方法;第四章依托于河南省礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)踐和應(yīng)用,根據(jù)不同的礦種和不同的采礦方式,從野外識(shí)別標(biāo)志和遙感解譯標(biāo)志兩個(gè)方面,建立河南省露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感解譯標(biāo)志體系,提出一般解譯工作方法和解譯標(biāo)志體系評(píng)價(jià)方法;第五章重點(diǎn)研究以面向?qū)ο蟮母叻直媛蔬b感影像信息提取技術(shù)為基礎(chǔ)的多源數(shù)據(jù)協(xié)同信息提取方法在兩個(gè)典型示范研究區(qū)的應(yīng)用效果,并對(duì)模型的信息提取效果進(jìn)行評(píng)價(jià);第六章是論文研究工作及成果的總結(jié)與展望。第三章至第五章屬于作者獨(dú)立研究成果。論文的主要學(xué)術(shù)研究工作和取得的研究成果如下:1.初步建立露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感研究的理論基礎(chǔ),明確提出研究內(nèi)容和研究方法。基于已有的礦山地質(zhì)環(huán)境相關(guān)理論基礎(chǔ)、研究內(nèi)容和主要問題分類,參考遙感技術(shù)可研究范圍,總結(jié)和歸納露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感的概念、研究目標(biāo)和主要分類依據(jù)等;結(jié)合露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感特點(diǎn)和遙感技術(shù)的主要研究方法,提出露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感研究方法,包括人機(jī)交互目視解譯、遙感影像信息自動(dòng)提取、面向?qū)ο蟮倪b感影像信息提取方法和多源數(shù)據(jù)協(xié)同的目標(biāo)提取方法。2.結(jié)合河南省礦山地質(zhì)環(huán)境遙感地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)踐和應(yīng)用,利用國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星影像,深入歸納總結(jié)露天礦地質(zhì)環(huán)境遙感研究的基本理論和研究內(nèi)容及主要問題分類,從野外識(shí)別標(biāo)志和遙感解譯標(biāo)志兩個(gè)方面,提出基于國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星——高分一號(hào)和高分二號(hào)遙感影像的河南省露天礦地質(zhì)環(huán)境解譯標(biāo)志體系,明確不同礦種、不同采礦方式所產(chǎn)生的各種地質(zhì)環(huán)境問題的分類、定義和特征描述。3.提出兩種不同的基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的多源數(shù)據(jù)協(xié)同信息提取方法:(1)采用ESP方法對(duì)影像整體求取局部方差,通過局部方差變化確定最優(yōu)分割參數(shù);同時(shí)根據(jù)影像光譜特征、紋理特征、形狀特征和空間關(guān)系建立包含33個(gè)特征因子的集合,最后對(duì)比了三種不同的樹型模型在豫中非金屬礦研究區(qū)的分類效果;(2)基于影像信息層次模型,使用歐幾里得二指數(shù)的方法分層計(jì)算每層類別最優(yōu)分割參數(shù),并選取合適的特征因子建立模糊規(guī)則集,采取分層掩膜的方法分離出各個(gè)大范圍地質(zhì)環(huán)境背景要素,然后采用隨機(jī)森林模型對(duì)豫西金屬礦研究區(qū)中其余地質(zhì)環(huán)境要素進(jìn)行分類提取,最后采用混淆矩陣和Kappa系數(shù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)一中隨機(jī)森林模型的分類精度(87%)和Kappa系數(shù)(0.74)都高于分類與回歸樹模型(分類精度為79%,Kappa系數(shù)為0.6)和旋轉(zhuǎn)森林模型(分類精度為76%,Kappa系數(shù)為0.53);實(shí)驗(yàn)二中通過分層分割提取,隨機(jī)森林模型對(duì)于主要露天礦地質(zhì)環(huán)境要素的識(shí)別能力有所提高(分類精度為88%,Kappa系數(shù)為0.78)。通過多源數(shù)據(jù)協(xié)同消除分類邏輯誤差,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩種方法都能夠有效提取大范圍主要地質(zhì)環(huán)境要素。
【圖文】：

選題目的和意義據(jù) 2016 年中國礦產(chǎn)資源報(bào)告，“十二五”期間，礦產(chǎn)地質(zhì)勘查取得和“十一五”期間相比，能源型礦產(chǎn)探明儲(chǔ)量增幅保持在 10%以上石油地質(zhì)儲(chǔ)量增加了 61.3 億噸，剩余技術(shù)可采儲(chǔ)量達(dá)到 35 億噸，，新增煤炭探明地質(zhì)儲(chǔ)量 1.57 萬億噸，同比增長 16.8%，天然氣新同比增長幅度達(dá)到 37.4%，達(dá)到 5.2 億立方米；另外，頁巖氣作為“建立的礦產(chǎn)品種，擁有高達(dá) 5441 億立方米的豐富探明地質(zhì)儲(chǔ)量。和非金屬礦產(chǎn)探明儲(chǔ)量增長幅度保持在 16%以上，其中鐵礦剩余850.8 億噸，同比增長 17.0%，銅礦剩余技術(shù)可采儲(chǔ)量 9910 萬噸，，，鎢礦剩余技術(shù)可采儲(chǔ)量 958.8 萬噸，同比增長 62.2%，金礦可采同比增長幅度最大，達(dá)到 68.4%；而非金屬和其他礦產(chǎn)中，以鉀鹽可采儲(chǔ)量 10.8 億噸，同比增長 16.1%�！笆濉逼陂g，國家總計(jì)質(zhì)勘查資金 5681.8 億元，主要礦產(chǎn)中 41 種查明資源儲(chǔ)量增長，5作為新設(shè)立的礦種，探明地質(zhì)儲(chǔ)量快速增長[8]。

在礦產(chǎn)資源的長期發(fā)展中，中國一直處于高污染、高消耗的粗放型開采方式下由于缺乏相關(guān)礦山環(huán)境保護(hù)和治理的法律法規(guī)，我國礦山地質(zhì)環(huán)境整體處于不惡化的狀態(tài)下，國家整體基礎(chǔ)建設(shè)和長期穩(wěn)定發(fā)展都受到了影響[9]。截止至“十一五”期間，全國范圍內(nèi)在礦產(chǎn)資源開采中砍伐的森林總面積達(dá) 1萬公頃，草地?fù)p毀面積為 26.3 萬公頃——大量的植被破壞問題直接導(dǎo)致了土壤重荒漠化的現(xiàn)象，每年經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 541 億元，高達(dá) 4 億人口的基本生活條件受嚴(yán)重威脅。除地形地貌景觀遭受的破壞外，全國范圍內(nèi)有超過 140 萬公頃的有土地資源由于礦山開采、尾礦廢石堆積等因素而被直接占用或間接損毀——這數(shù)字每年以 2 萬公頃的速度不斷增加，而礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題所覆蓋區(qū)域的恢復(fù)理率不到 12%。同時(shí)，部分礦區(qū)采用的地下開采模式中不斷疏干抽排地下水，會(huì)成該地區(qū)地下水水位下降，破壞礦區(qū)水資源平衡，導(dǎo)致常用水資源短缺，對(duì)礦區(qū)邊民眾正常的生產(chǎn)生活造成威脅[10]。如圖 1.2a 至圖 1.2d 展示的是典型礦山地環(huán)境問題。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P627

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661773