工矿业城市区域水质参数高光谱定量反演

工矿业城市区域易受工业活动、矿产开采影响,使其水环境遭受不同程度的破坏,以至于水体污染问题突出。当前常规水质监测主要采用“以点代面”的工作方式进行野外采样及其室内化验分析,然而环境复杂多变,空间差异大,导致调查点代表性受限,整体精度不高,效率低下,更难以实现区域性动态监测。以因矿兴市的矿业重镇湖北黄石大冶市为研究区,同步开展无人机高光谱航飞、地面光谱测量和水体样品采集测试,分别获得具有49个波段的高光谱影像数据和光谱分辨率为1nm的水体光谱曲线,其中影像数据波谱范围为505~890nm,光谱分辨率为7.78nm,空间分辨率为30cm。对获取的高光谱影像和光谱数据剔除异常值、光谱定标、辐射校正等预处理后,对比分析研究区内水体的不同光谱吸收、反射及光谱曲线形态特征信息,从而提取出高光谱影像和测量光谱的反射光谱曲线形态特征、去包络线后光谱曲线形态特征、三阶求导后光谱曲线形态特征和光谱四值编码共四大类25个光谱特征。采用皮尔森相关系数分析样品水质参数与光谱特征之间的相关性,以此筛选出存在显著相关的水质参数与光谱特征。在此基础上,采用逐步回归分析方法筛选出最大反射率及其波长位置、对称度、光谱编码Ⅲ、三阶导最大及最小值等光谱特征作为模型变量,构建出水质参数的多元线性反演模型,并对模型进行F检验和t检验。将检验后的反演模型推广运用于研究区内高光谱影像,获得尾矿库、河流、湖泊等典型区域的水质参数反演结果,从而实现“由点到面”水质参数信息的快速获取。结果显示水质参数pH、硬度(Ca^2++Mg^2+)、钾与氯离子比值(K+/Cl-)、镁与碱度比值[Mg^2+/(HCO^3-+CO^2-3)]的反演精度较高,其pH的判定系数R2最小为0.669,镁与碱度比值的判定系数R2最大为0.895,相对均方根误差均小于28%;而总溶解固体(TDS)反演精度较低,其判定系数R2仅为0.463,相对均方根误差达36.762%。提出了一种基于光谱曲线形态特征的高光谱遥感水质参数定量反演模型方法,实现了pH值、硬度、镁离子与碱度之比等水质参数的高光谱定量反演,为区域水环境动态监测提供了新方法。

国产高分卫星数据在新疆铁厂沟煤矿塌陷调查中的应用

煤矿开采引起的地面塌陷、地裂缝等地质灾害日益严重,查清矿区地质灾害规模、分布和影响范围,掌握变化趋势,对建设绿色矿山至关重要.应用资源一号02C（ZY1-02C）,高分一号（GF-1）和高分二号（GF-2）卫星高空间分辨率影像数据,基于已知塌陷区的基本特点,建立遥感影像地物解译标志体系,通过人机交互目视解译,圈定了新疆铁厂沟煤矿区地面塌陷的边界、展布方向和影响面积.研究表明,国产卫星ZY1-02C,GF-1和GF-2数据能够有效保障矿区大、中型地面塌陷遥感精准识别;国产卫星ZY1-02C和GF-1能满足1：5万比例尺制图要求,GF-2卫星遥感数据可以满足1：2.5万比例尺制图要求.作为我国自主发射的国产高分辨率卫星,数据资源丰富,为今后开展矿山地质灾害遥感监测提供重要数据保障.

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年(2017—2018年)共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约-0.03~-0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。

基于普适型监测的多参数预警研究--以三峡库区卡门子湾滑坡为例

笔者以三峡库区卡门子湾滑坡为例,介绍了此次滑坡监测预警实验选点踏勘设计,安装实施运行、监测数据实时传输、系统自动发出预警等全过程。监测数据前端采集选用普适型多参数集成监测设备(裂缝+倾角+加速度计)、雨量计、加速度计等,对“降雨+变形”等关键致灾因子开展专业化监测;通讯采用NB lot等公共通信网组合方式进行传输,有效降低了通信成本和设备功耗;监测数据汇聚至省级平台,并实时同步至自主研发的国家级监测预警系统,通过判据模型自动触发预警。通过近半年的系统运行,滑坡体上安装的裂缝计、加速度计等均及时捕捉到了明显的滑坡加速变形信息,初步显现了普适型设备的监测成效和预警作用。同时,系统将预警消息实时发送到相关责任人员的手机,预警结果可有效指导相关部门开展应急响应工作。

全国地质灾害实时监测与风险早期预警系统应用示范

我国地形地貌和地质条件复杂,构造与地震活动强烈,气候类型多样,地质灾害突发、频发,截至2020年底,全国登记地质灾害隐患点32万余处,涉及威胁人口1,300余万,地质灾害监测预警是地质灾害防治工作核心的一环,2018年11月,既地质灾害监测预警科技创新研讨会后,国家启动了地质灾害监测预警技术研发攻关工作.在此背景下,中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)牵头组织近30家企事业单位开展地质灾害监测预警实验工作,解决地质灾害智能监测预警"感-传-知-用"各环节中存在的"卡脖子"技术难题,形成系列具有自主知识产权的核心技术,并在全国2.5万处地质灾害隐患点进行运行实验,取得显著防灾成效.全国地质灾害风险早期预警系统技术框架如图1所示.