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 遙感工程建設的技術路線與攻關方向設定

1.河南省礦產資源形勢與對策研究

河南省地處我國中央造山系——秦嶺成礦帶的東部,在全省80000km2的山地面積中,金、銀、鉛、鋅、鉬、銻、錳、鋁等金屬礦產集中在小秦嶺、熊耳山、外方山、桐柏山地區。而占山地面積70%以上的崤山、伏牛山、大別山區隨著地質工作的深入,也顯示出良好的找礦前景。河南省煤系地層面積為62851km2,其中已探明的含煤面積為2500km2。豫東廣大平原賦存有含煤地層,而且煤層較厚,壹般埋深在1000 m左右。因此,平原凹陷區的斷隆帶是21世紀潛在的能源基地。工作實踐表明,在地球物理、地球化學手段的配合下,利用綜合信息技術評價深部成礦地質特征和資源遠景評價,具有事半功倍的效果。

(1)礦產資源遙感調查及遠景預測的原則

在已有地質礦產成果的基礎上,充分利用遙感圖像(數據)反映的成礦特征信息,通過多元信息研究區域成礦規律和控礦地質條件(特別是深部地質條件),進行調查和預測工作。通過調查研究提出新發現的礦產地、成礦遠景區以及礦產資源開發利用意見和建議,目標是國家急需礦種和河南省的優勢礦種。

(2)礦產資源遙感調查的方法和要求

以遙感信息為主,綜合物、化探和地質研究成果,進行多源信息的綜合處理和數理統計,提高深部地質成礦背景的研究程度。利用遙感圖像顯示的與成礦有關的特征地物信息、反射波譜信息和熱輻射異常信息,在綜合信息的佐證下推導出可能成礦區段。為了客觀地評價內生礦產的區域成礦遠景,本次工作中引入物理化學中“熵變”的概念。熵是壹種狀態函數。對同壹種物質來說,不同狀態下的標準熵是各不相同的。反映標準熵變化即標準熵變(ΔS)等於生成物標準熵的總和(Sb)減去反應物標準熵的總和(Sa)。

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

式中:T——溫度增量;δQr——體系吸收的熱量。

把熵函數的概念引申到地質領域中來,同壹地質體在不同條件下其含礦性差異很大,成礦作用的有無與強弱也是壹種狀態函數。我們把該地質體信息總量與成礦作用信息量的比值定義為反應物總量;把該地體某種狀態下的分量與該條件下的礦化分量的比值定義為生成物總量。兩者的差值即近似地表示為地體在某種條件下的成礦傾向。公式:

ΔS={Si/Ni+Si/S+Si/N}-{S/N},

式中:ΔS——A變量在i狀態下形成b礦的傾向;N——變量A的單元面積,S為變量A的礦化單元面積;Ni——變量A在i狀態下的單元面積;Si——變量A在i狀態下的礦化單元面積(礦化單元取異常下限)。

當△S<0時,說明在該條件下與成礦無關;ΔS值愈大,表明在成礦作用中貢獻愈大。A變量的取值則等於A變量在各種條件下礦化有利度的總和。即:

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

式中:n表示狀態總量。

利用熵函數計算方法分別求出地、物、化、遙等變數的成礦貢獻率,以已知礦床為模型單元作多元回歸分析。最後,以預測資源量數值的大小劃分成礦遠景區。

(3)軟科學研究方向

河南省重點與優勢礦種的選擇研究;

河南省鋁工業資源保證性研究;

河南省崤山地區、桐柏-大別地區貴金屬礦產找礦方向研究;

河南省平頂山市煤田接替資源勘查方向研究。

2.河南省土地資源現狀與綜合評價

河南省地處中原,具有山地、丘陵、平原、崗地、盆地、河川谷地等比較齊全的地形和復雜多樣的土地資源。隨著社會主義市場經濟體制的確立,土地作為資源和資產的統壹體,必將在省區經濟的振興中發揮越來越大的作用。

(1)土地資源遙感調查的原則

土地資源類型的劃分,要以其發展過程和發展條件為基礎並考慮到生產性能的壹致性。土地利用現狀的分類,在參照《土地利用現狀調查技術規程》的同時,應兼顧到地區的特殊需求和遙感技術的可利用性。土地資源的綜合評價,主要是通過土地因子的特性指標和土地適宜性指標來表征土地質量。潛在適宜性是對土地進行壹定投入改造後在未來條件下對特殊用途的適宜程度,社會經濟條件與自然條件、土地屬性壹樣,為其主導因素。

(2)土地資源遙感調查的方法和要求

鑒於省土地管理部門近期已經進行過的全省性的土地資源調查和評價,本次工作應在此基礎上結合最新時相的遙感圖像給以修正。資源評價應把重點放在土壤肥力現狀、土地生產力潛力和基本農田與建設用地的動態平衡等方面。並以此為基礎開發出土地資源管理信息系統。

(3)河南省耕地預警研究——生產潛力計算模型

A.光輻射生產潛力計算

計算作物生長季總輻射量

Qi=QAi·(a+b·Si)

式中:i——1,2,3…n;Qi——農作物生長季內有用總輻射;QAi——是日天光輻射量;Si——是月日照百分率;a,b——為經驗系數(a取0.105,b取0.708)。

Q=ΣQi

式中:Q——為生長季總輻射。

計算光合生產潛力生長和季內日光合生產速率

Ypi=(EQi)/[h(1-CA)(1-CM)]

E=φ(1-α)(1-β)(1-τ)(1-ρ)(1- )ω

YP=CHΣYpi

式中:E——理論光能利用率;φ——有效輻射比例,0.49;α——葉面反射率,0.214;β——漏射率,0.07;τ——光飽和限制率,0.00;ρ——無效吸收,0.1; ——呼吸損耗率,0.3;ω——量子轉化效率,0.224;CA——作物灰分含量,0.05;CM——水分含量,0.14;h——1克幹物質所需的熱量;CH—作物經濟系數。

B.光溫生產潛力計算

計算生長季內月光溫生產速率

Ypti=YPif(Ti)

式中:f(Ti)——溫度修正。

喜涼作物

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

式中:t——為生長季內月平均氣溫。

計算生長季內光溫生產潛力

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

C.光溫水生產潛力計算

Yci=Yptif(Wi)

f(Wi)=r+(1-r)Pt/Etoi

Yc=CH∑Yci

式中:f(Wi)——水分影響函數;p——年降水量;r——灌溉百分率;CH——作物經濟系數。

D.計算光溫水土生產潛力

Ys=Yc·Cs,

式中:Ys——光、溫、水、土生產潛力;Cs——土壤有效系數(Cs=yn/yc);yn——良好管理條件下的土壤自然生產潛力;yc——最佳土地的自然生產力,也即氣候生產潛力。

(4)軟科學研究方向

河南省耕地預警線與警戒線界定指標研究;

鄭州市城鄉建設用地趨勢分析。

3.河南省水資源形勢與對策研究

河南水資源的時空分布極不均勻,資源總量控制水平逐年下降。部分地段嚴重汙染,加劇了水資源的供需矛盾。因此,積極開辟新水源,包括跨流域引水、建閘蓄水補源、引水補源等項目,做到水資源的統壹調配、開發與保護並舉是本次合作的主要任務。

(1)水資源遙感調查的原則

調查工作應以遙感圖像結合已有數據,對地表水及淺層地下水的利用潛力進行綜合分析研究。重點突出黃河故道區用水、中原城市群用水及黃河河道帶水資源現狀、賦存條件、時空分布規律、補給排泄條件、汙染和綜合開發利用等問題,為政府決策提供科學依據。

(2)水資源遙感調查的方法和要求

A.地表水資源調查要求

對水體進行流域劃分,計算出資源量。綜合評價應包括資源的分布、出入境量及調控對策,最後形成水資源信息管理系統。

B.地下水資源調查要求

含水巖組的圈定、泉水區域的分析預測、貯水構造的確定、應結合電測深數據分析淺層地下水的補給、徑流和排泄條件。在此基礎上劃分出淺層地下水水文地質單元,並對地下水的賦存特征、水質和資源量作出評價。

C黃河側滲區地下水開采量及徑流梯度場預測模型

有限單元方程:

[A]{H(t)}+[D]{[H(t)-H(t0)]/δT}=[F]

式中:[A]——導水矩陣;[D]——儲水矩陣;[F]——水量矩陣;T——時段長度;H(t0)——節點水位。

(3)軟科學研究方向

河南省三水轉化機制與調控問題研究;

黃河特大洪水防禦戰略問題研究;

河南省洪澇與地質災害鏈預警過程的信息流研究。

4.河南省旅遊資源遙感調查

旅遊景觀是改善人類生活環境和發展社會經濟的重要資源。隨著人類社會的發展進步和旅遊文化品位的提高,黃河文化、亞熱帶伏牛山風光-南太行山風光的資源優勢已逐漸顯現。因此,旅遊資源遙感調查重點是突出潛力優勢的發掘,為河南旅遊產業形象的塑造和精品熱線的建設提供資源保障。

(1)旅遊資源遙感調查的原則

自然景觀調查以發掘地貌景觀的精華、揭示地質遺跡的奧秘、展示景觀生態的獨特和生物的多樣性為主,人文景觀調查則應以追蹤華夏文明之源為主流線。在資源評價中,側重於古文化與風景名勝相結合的旅遊區劃研究。

(2)旅遊資源遙感調查的方法與要求

調查中應發揮遙感空間信息優勢,註意研究特殊地貌景觀和具有人類發展史詩意義的人文景觀的旅遊價值。應特別關註伏牛山脈、太行山脈,它是劃分我國東西、南北的自然分界。這裏有獨特的地理環境、優越的氣候條件、豐富的動植物資源,兼有南北、東西區過渡的特色,將構成河南省21世紀旅遊建設的熱點地區,最後形成旅遊資源信息管理系統。

(3)旅遊資源景觀生態效益評價模式

參考《中國生物多樣性國情研究報告》(中國環境科學出版社,1998)所提出的景觀生態效益等級計算公式,即:

TEV=DUV+IUV+OV+SV,+XV

式中:TEV——社會經濟價值;DUV——直接利用價值;IUV——間接利用價值;OV——潛在選擇價值;SV——潛在保留價值;XV——存在價值。

(4)軟科學研究方向

河南省旅遊資源潛力優勢評價;

河南省旅遊業適度超前發展戰略研究。

5.河南省生態環境遙感綜合調查與評價

(1)地質構造遙感調查及區域穩定性評價

根據地質構造在不同類型、不同時相和不同比例尺遙感圖像上展示的地質構造信息,研究構造形跡的形態規模、性質、組合和交切關系等基本特征。針對區域斷裂和主要線性構造系統,結合第四紀地質、地震地質、地球物理、地球化學和大地熱流等信息,確定活動斷裂的基本特征。將遙感信息與區域地質、地震地質、工程地質數據結合起來加以綜合分析,進行區域穩定性評價。

(2)土壤侵蝕遙感調查

土壤侵蝕包括水土流失、荒漠化及鹽漬化等項內容,工作實施參照《全國土壤侵蝕遙感調查細則》,結合水利部“全國第二次水土流失調查”工作進行。

(3)水質汙染遙感調查

工作重點放在地表水。工作內容首先查明汙水排放源位置及汙染源類型、汙染擴散方式、範圍程度等,並進行相應的水質評價。

該項工作以常規資料收集和地面調查為主,配合壹定遙感工作手段。

(4)自然災害遙感調查

重點研究自然災害的分布規律和發生特點,分析自然災害的形成和發展的演變趨勢,評估災害危害程度,提出減災防災措施。

(5)生態環境脆弱性評價化模型

參考《中國生物多樣性國情研究報告》(中國環境科學出版社,1998)所提出的景觀生態體系標準化、層次分析及區域環境脆弱度等級計算公式,即:

A.景觀生態體系標準化計算

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

式中:i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;m——指標數;n——區域單元數。

B.用層次分析法(AHP)法求取各指標權值。本次生態環境脆弱性評價體系可分為三個基本層次(圖1.2.1)。

圖1.2.1 AHP法求生態環境因子權值結構層次圖

采用跨學科專家組填表,建立層次結構模型中下壹層次對於上壹層次有關元素兩兩比較的判別矩陣:

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

該矩陣為壹互反矩陣,即滿足條件:aiy=1/aij;aij=1(當i=j);aij>0。

該判別矩陣中的元素aij由1→9標度法來確定:aij=1表示i元素與j元素同等重要;aij=3表示i元素比j元素稍微重要;aij=5表示i元素比j元素明顯重要;aij=7表示i元素比j元素非常重要;aij=9表示i元素比j元素極端重要;aij為2、4、6、8時為以上各判斷值的中值。

當j與i反向比較時,則取上列各值倒數。

每個專家需構造10個矩陣(Ⅱ級指標層→Ⅰ級指標層9個,I級指標層→目標層1個)。然後計算判斷矩陣的最大特征值代入a,以及對應的特征向量ω(n)。特征向量 是各比較元素相對於上壹層某元素的重要程度(權重),即可得每位專家給出的權重序列。將各專家所求權重平均,即可得下層元素對於上層元素的綜合權重。

C.區域的生態環境脆弱性評價

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

式中:Pi——各指標標準化值,正值為正效應,負值為負效應;Wi——各指標權重。

6.河南省重點區帶遙感綜合調查

為了保證河南省國土資源遙感綜合調查和信息化工程的順利實施,以及地方國土規劃整治和資源開發的需要,選擇商丘市、沿黃中原城市群和南陽市重點經濟協作區帶率先開展資源與環境遙感綜合調查,旨在服務於重點區帶國民經濟建設的同時為全省工作的開展進行技術準備。

(1)京九鐵路沿線經濟協作區河南省商丘市國土資源遙感綜合調查

工作範圍確定在京九鐵路沿線50km;商丘市10120km2。

工作內容確定為礦產資源(側重能源及非金屬礦產)、水資源(側重地下水調蓄工程)、旅遊資源(側重自然景觀與人文景觀的優化組合)及生態環境質量評價。

(2)寧西鐵路沿線經濟協作區河南省南陽市國土資源遙感綜合調查

工作範圍確定在寧西鐵路沿線50km;南陽市26500km2。

工作內容確定為礦產資源(側重非金屬礦種)、生物資源(側重農業資源)、旅遊資源(側重山水地質景觀)、水資源(側重地表水開發)及資源管理信息系統。

(3)河南省沿黃經濟區國土資源遙感綜合調查

工作範圍確定在沿黃兩岸各50km;黃河背河窪地區10km。

工作內容確定為黃河(水資源、泥沙資源、傍河取水、側滲區調控)、城市備用水源地、地質災害及區域穩定性評價。

7.河南省國土資源地理信息系統建設

國土資源信息系統建設是國土資源遙感綜合調查成果的信息化工程的具體實現。系統的建立需要有統壹的基礎地理數據庫支持。數據存儲包括全部基礎系列圖件和綜合專項調查成果。系統應具有進行資源環境要素查詢、檢索、更新、分類、疊加和拓撲處理的基本功能,具備常備的綜合分析和輔助決策能力。

(1)信息系統的框架結構

HNL&RCC-GIS建設以Arcinfo/view、Mapgis為基礎平臺,使文、圖、表、聲像、圖片數據的查詢和處理均在相應的專業地圖上進行。無論用戶是否有使用計算機的經歷和經驗,均可用鼠標在Windows下操作,漢化接口和提示語句可使語言障礙降到最低限度。

HNL&RCC-GIS設計為隨機分布式網絡系統,用戶(政府計劃管理部門、職能部門)可根據需要形成獨立系統或子系統聯接到局域網,區域間可通過國家主幹網絡系統的聯接裝置形成廣域網。網絡上可以設置訪問權限,防止非法入侵和病毒攻擊。用戶則可在權限許可範圍內通過網絡調用各類地理信息,在權限許可範圍內修訂和維護數據庫。

省轄市和縣市級地礦行政管理信息系統(DKL&R-MIS)的系統功能、數據項設置和數據采集精度,以滿足礦管部門對資源的勘查規劃和開發決策支持為目標,亦可根據用戶的具體要求靈活設定。

(2)基本數據采集精度

省級範圍:1:500000比例尺;省轄市級範圍:1∶250000~1∶100000比例尺;縣市級範圍:1∶50000~1:10000比例尺。

(3)基礎數據庫

基礎地質、礦床地質、環境地質數據;重點成礦區帶資源數據;礦床勘查登記資料;采礦登記資料;礦山環境數據;礦業政策法規文檔。

8.河南省衛星影像系列地圖的制作

(1)衛星數字影像選取原則

Landsat-TM;1997~1998秋季時像;衛星軌道126—36,125—35/36,124—35/36/37,123—35/36/37/38,122—36/37/38。

(2)衛星影像數據處理原則

數字鑲嵌;幾何精糾正(像點位移0.4~0.8 mm);高斯-克裏格投影;中央經線113°30′。

(3)衛星影像數據輸出原則

國際分幅(比例尺1∶250000);省際掛圖(比例尺1∶250000、1∶500000);區域掛圖(比例尺1∶250000、1∶100000)。