基于遙感與GIS技術(shù)的什邡市土地損毀變化分析

常睿春,何政偉

(1.成都理工大學(xué) 信息管理學(xué)院,成都 610059;2.成都理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,成都 610059;3.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,成都 610059;4.成都理工大學(xué) 數(shù)字國土與生態(tài)科學(xué)研究所,成都 610059)

0 前言

傳統(tǒng)的地震災(zāi)害調(diào)查主要依靠實地勘測獲取信息,雖然獲取的數(shù)據(jù)精度和置信度較高,但存在工作量大,效率低,費用高以及成果不直觀等缺點。隨著近年來衛(wèi)星遙感技術(shù)的飛速發(fā)展,利用多源多尺度遙感圖像的測量,為災(zāi)區(qū)土地利用動態(tài)變化監(jiān)測提供了有力支持[1],目前利用遙感技術(shù)獲取震害信息的技術(shù)已進入實用化階段。

作者將2007年9月18日Landsat T M圖像和2008年7月18日震后Landsat T M圖像進行了對比,發(fā)現(xiàn)二個時相數(shù)據(jù)相差間隔為一年,成像時間相近,對于提取震前、震后土地利用變化范圍具有時間上的可比性。RS與GIS技術(shù)相結(jié)合,處理遙感數(shù)據(jù),快速有效。

1 研究區(qū)概況

什邡處于龍門山地槽邊緣拗陷帶中南段之什邡～綿竹復(fù)式褶皺帶,全市幅員800多平方公里,區(qū)內(nèi)山地、丘陵、平原兼而有之,其東南方向是廣袤的成都平原,西北方向是龍門山段,地貌分界線明顯。地震對什邡市土地利用影響很大,地震造成山體垮塌、河道堵塞、森林、農(nóng)田、房屋被毀,道路、通訊、電力中斷,這些變化必將對該市的生態(tài)環(huán)境,城市建設(shè),人口分布,經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了影響。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of study area

2 遙感數(shù)據(jù)處理

利用遙感技術(shù)對什邡市地震前、后的T M遙感數(shù)據(jù)進行處理,獲取震前、震后土地利用圖;對比地震前、后的土地利用變化,提取土地災(zāi)毀信息;劃定災(zāi)毀土地分布范圍,進而統(tǒng)計出土地利用類型損毀狀況;對受損區(qū)域進行空間分析[2、3]。

技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖Fig.2 Technology chart

2.1 幾何校正

本次先用1∶250 000的地形圖對震前研究區(qū)遙感影像進行幾何精校正,再利用校正好的震前遙感影像,對震后遙感影像進行幾何精校正。經(jīng)過反復(fù)研究和試驗,每幅圖像選擇大于六十個控制點,均勻分布,為提高計算速度和保持圖像的連續(xù)性,選擇雙線性法進行內(nèi)插計算,使得校正誤差控制在一個像元之內(nèi),保證了二個不同時相數(shù)據(jù)相同位置像元的空間位置配準。

2.2 圖像鑲嵌

圖像鑲嵌就是將具有地理參考的若干相鄰圖像合并成一幅或一組圖像。為了保證研究區(qū)行政界線的完整性,需將震前、震后遙感圖像分別進行鑲嵌。為了使鑲嵌后圖像光滑且清晰,作者采用了多種方法進行鑲嵌試驗,使得鑲嵌結(jié)果符合要求。

2.3 圖像裁剪

圖像裁剪是按照研究區(qū)域的行政界線或感興趣區(qū)域,將研究區(qū)域從整幅圖像上分幅裁剪下來。為了對感興趣區(qū)域進行研究,研究區(qū)域圖像是根據(jù)四川省什邡市行政界線(＊.shp)對已鑲嵌好的震前和震后遙感圖像進行裁剪。

2.4 圖像增強

利用復(fù)合波段比值法基本原理,采用T M5/T M7,(T M5/T M7)/(T M4/T M3)可以很好地表示出土壤信息。但是,這二種處理都或多或少地帶有其它干擾信息,如植被信息、水體或其它干擾信息,但這些干擾信息可通過遙感圖像處理中的邏輯取與的方式被有效地消除,這樣很有利于研究區(qū)的土壤監(jiān)測。在處理時,要深入研究分析目標地物間的光譜特征和變化,以利用混合四則運算處理突出目標地物的顯示,或從不同組合的混合運算處理中,選擇出增強效果最佳的處理方案[4、5]。

3 什邡市土地災(zāi)毀分析

3.1 震前土地利用

什邡市土地利用類型以有林地與平原水田為主,主要分布在西北山區(qū)和東南成都平原地區(qū)。其它土地利用類型則主要包括城鎮(zhèn)用地、旱地、疏林地、各種覆蓋度的草地、河渠、裸巖、灘涂,以及其它建設(shè)用地。其中,城鎮(zhèn)用地主要以什邡市區(qū)為主,并不斷以其為中心呈放射狀發(fā)展;周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民用地散落分布;旱地在山地、丘陵、平原中都有分布,而平原旱地居多,丘陵旱地次之,山地旱地則相對較少,并主要分布在高山溝谷地帶。疏林地與草地分布在什邡市西北方海拔較高的山地,由東向西,由南向北,隨海拔高度逐漸由疏林地向不同覆蓋度的草地過渡,高海拔區(qū)為裸巖地(如下頁圖3所示)。

3.2 震后土地利用

什邡市為汶川大地震的極重災(zāi)區(qū)之一,震后市域范圍內(nèi)土地利用類型變化十分明顯(如下頁圖4所示)。通過觀察什邡市震后遙感圖像發(fā)現(xiàn),什邡市西北方、沿龍門山脈,有大量的有林地受到地震影響,地表植被破壞嚴重。較高海拔地區(qū)的疏林地與草地,同樣受到地震破壞,地表裸露,表現(xiàn)為裸巖的遙感影像特征明顯,裸巖的面積增加。在耕地中,山地旱地由于地處山地溝谷地帶,受地震破壞程度較大,丘陵次之,而平原旱地處于成都平原地區(qū),受地震影響小。平原水田情況與平原旱地類似,在遙感影像上所表現(xiàn)出來的災(zāi)毀影像特征并不明顯。部份處于高山峽谷地帶的河流,由于地震引起的山體崩塌和滑坡,河道淤積,水位上升,部份沿河耕地被水淹沒。什邡市東南方向的平原地區(qū),由于離震中距離較遠,地震影響小,其災(zāi)毀區(qū)域并不明顯,除去城市擴張等外界變化因素,受地震影響造成的土地利用類型改變不大。

圖3 什邡市震前土地利用圖Fig.3 The map of Shifang land-use before the earthquake

3.3 震前震后土地利用變化

對震前什邡市土地利用情況進行統(tǒng)計(見圖5)表明:什邡市全市面積864 km2,其中有林地278 km2,占市域總面積的32%;疏林地約89 km2,高、中覆蓋度草64 km2,城鎮(zhèn)用地與農(nóng)村居民用地分別為21.8 km2、1.7 km2;裸巖地16.4 km2;主要耕地類型為平原水田與旱地,平原水田面積約323.8 km2,占市域面積的37.7%,旱地面積約為46 km2,其中以平原旱地居多,丘陵和山地旱地較少。

圖4 什邡市震后土地利用圖Fig.4 The map of Shifang land-use after the earthquakeland-use

對震后什邡市土地利用情況進行統(tǒng)計(見下頁圖6、圖7),該市有林地、疏林地、草地等土地利用類型受到地震影響,面積有所減少。其中,有林地災(zāi)毀83.9 km2,疏林地災(zāi)毀30.8 km2,中高覆蓋度草地共災(zāi)毀38.7 km2;城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地,以及耕地受地震影響也有損毀,但其實際面積卻比震前有所增加,主要是因為城市、農(nóng)村發(fā)展,其擴張面積大于本次地震所造成的損毀面積。同時,地震還造成了其它土地利用類型損毀。

圖5 什邡市震前土地利用類型面積比率Fig.5 The ratio of land-use types pre-earthquake in Shifang city

圖6 什邡市震后土地利用類型面積比率Fig.6 The ratio of land-use types after-earthquake in Shifang city

圖7 什邡市震后災(zāi)毀類型面積百分比Fig.7 The percentage of damaged area type after the earthquake

4 結(jié)論

以地震災(zāi)區(qū)什邡市為例,綜合運用遙感與GIS技術(shù),對該市震前震后土地利用變化進行了分析,主要得到以下認識:

(1)遙感技術(shù)可進行大面積同步觀測,并能獲得歷史動態(tài)數(shù)據(jù),有利于區(qū)域性大范圍動態(tài)監(jiān)測分析,縮短了土地利用調(diào)查周期,加快了災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建研究速度。尤其是在缺少實測資料的地區(qū),可有效降低恢復(fù)重建研究難度。

(2)通過GIS空間分析技術(shù),得到了研究區(qū)土地利用變化信息,有林地與平原水田是研究區(qū)土地利用/覆被的主體,農(nóng)田主要分布在什邡市西北方峽谷地區(qū)以及丘陵地區(qū)。在未受外力作用下,土地利用景觀格局相對穩(wěn)定;在地震及次生災(zāi)害的外動力作用下,林地、灌木林地、草地的形變較大,而農(nóng)田毀損的幾率較小。

(3)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),由于農(nóng)田所占比例較小,雖然損毀農(nóng)田是災(zāi)毀土地的重要組成部份,但絕對毀損面積有限,由農(nóng)田破壞引起的次生災(zāi)害鏈和生態(tài)鏈演變有限。

[1] 黃庭,張志,谷延群,等.基于遙感和GIS技術(shù)的北川縣地震次生地質(zhì)災(zāi)害分布特征[J].遙感學(xué)報.2009,13(1):177.

[2] M IGUEL ESTRADA,FUM IOYAMAZAKI.Useof Landsat Images for the Identification of Damage Due to the 1999 Kocaeli,Turkey Earthquake[A].Proceedings of the 21st Asian Conference on Remote Sensing[C].Taiwan,Taipei,2000.

[3] MASASH IMATSUOKA,FUM IO YAMAZAKI.Identification of Damaged areas Due to the 1995 Hyogoken-Nanbu Earthquake Using Satellite Optical Images[A].Proceedings of the 19th Asian Conference on Remote Sensing,Q9[C].Philippines:Traders Hotel,Manila,1998.

[4] 沙晉明,史舟,王人潮,等.東南山區(qū)土壤遙感監(jiān)測的圖像處理及分類[J].水土保持學(xué)報.2000,14(1):38.

[5] 諶進波,廖勇龍,王興眾,等.基于比值法的假彩色圖像增強效果對比研究[J].北京測繪.2009.1:50.

[6] 趙銀兵,何政偉,張何興.T M圖像在成都市演變研究中的應(yīng)用[J].物探化探計算技術(shù),2006,28(3):267.