遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

孟凡影

(吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長春 130111)

遙感技術(shù)是一門對地觀測綜合性技術(shù)，是利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺(如人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機、飛機、氣球和高塔等)，運用紫外線、可見光、紅外線、微波等各類傳感器，通過攝影、掃描等各種方式，接收并記錄來自地球表層各類地物的電磁波信息，并對這些信息進(jìn)行加工處理，從而識別地面物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)。

我國遙感技術(shù)經(jīng)過40多年發(fā)展，現(xiàn)已形成了具備對全球大氣、海洋和陸地系統(tǒng)觀測和動態(tài)監(jiān)測的完整體系。隨著自主研發(fā)能力的不斷加強，我國遙感圖像數(shù)據(jù)處理、識別和應(yīng)用等技術(shù)水平不斷提高，在由氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、陸地資源衛(wèi)星和環(huán)境與災(zāi)害衛(wèi)星等組成的空間對地觀測體系下，遙感技術(shù)為快速獲取地質(zhì)宏觀信息，進(jìn)行地質(zhì)研究提供了重要的信息依據(jù)，特別是在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中獲取多時相、多波段、多分辨率遙感圖像的數(shù)據(jù)源，并進(jìn)行災(zāi)害的周期性和重復(fù)性、災(zāi)害間的相關(guān)性、致災(zāi)因素的演變、災(zāi)害發(fā)展趨勢、災(zāi)源的形成、災(zāi)害載體的運移規(guī)律和災(zāi)害前兆信息等研究和分析，有助于對不同的災(zāi)害做出準(zhǔn)確程度不等的近期、中期、長期和臨災(zāi)預(yù)報。

1 遙感技術(shù)原理及發(fā)展現(xiàn)狀

遙感即為遙遠(yuǎn)的感知。遙感技術(shù)是根據(jù)電磁輻射(發(fā)射、吸收、反射)理論，應(yīng)用各種光學(xué)、電子學(xué)和電子光學(xué)探測儀器對遠(yuǎn)距離目標(biāo)所輻射的電磁波信息進(jìn)行接收記錄，再經(jīng)過加工處理，并最終成像，從而對環(huán)境地物進(jìn)行探測和識別的一種綜合技術(shù)。物質(zhì)不同，其分子、原子數(shù)量及組合方式也不同，所特有的反射電磁波性質(zhì)也不同，對外來電磁波反射性質(zhì)也就不同。因此不同的物體發(fā)射不同波段的電磁波，不同的物體對太陽和人工輻射有不同的吸收、反射和透射能力，這些差別經(jīng)過遙感形成了不同的成像，然后把這些不同的遙感成像解譯就可區(qū)分不同物體，從而收集目標(biāo)物的各種信息數(shù)據(jù)，以掌握人們所需的各種信息資料。

近年來我國地質(zhì)災(zāi)害研究在采用遙感技術(shù)后取得了重大進(jìn)展，包括近年來開展的全國特大滑坡災(zāi)害調(diào)查及危險性評價、典型地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與示范治理、重點地區(qū)地裂縫與地面沉降調(diào)查、國家重大工程區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查與評價等項目都是建立在遙感圖像的分析判斷基礎(chǔ)上的。

由氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、陸地資源衛(wèi)星和環(huán)境與災(zāi)害衛(wèi)星等組成的空間對地觀測體系，能夠覆蓋全國陸地、海域以及我國周邊國家和地區(qū)1 500萬km2的地球表面。可見光、紅外到微波遙感器都實現(xiàn)了星載飛行，遙感器包括可見光相機(膠片式和傳輸式)、可見光紅外多光譜掃描儀、多種分辨率成像光譜儀、多波段微波輻射計、微波散射計、微波高度計、合成孔徑雷達(dá)等。具備了自行研制衛(wèi)星地面接收站及其相應(yīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的能力。研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的遙感數(shù)據(jù)處理平臺，開發(fā)了多套通用遙感圖像處理系統(tǒng)和專題遙感信息提取系統(tǒng)。我國風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列不僅顯著提高了我國衛(wèi)星氣象監(jiān)測能力，還為國家應(yīng)急管理、減災(zāi)救災(zāi)體系建設(shè)、應(yīng)對氣候變化提供了有力的技術(shù)支撐，被世界氣象組織納入地球觀測業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列，成為全球地球綜合觀測系統(tǒng)的重要組成部分。

2 遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的作用

各種自然災(zāi)害發(fā)生前一般都會出現(xiàn)各種先兆，而且很多災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展都有一定的時空規(guī)律，彼此之間常有一定的關(guān)系，這就為自然災(zāi)害的預(yù)報提供了可能。在自然災(zāi)害的預(yù)報和研究中運用遙感技術(shù)可以發(fā)揮以下幾個方面的作用:

2.1 推動國家自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫建設(shè)

地質(zhì)災(zāi)害是一種常見的自然災(zāi)害，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害后的地形地貌在遙感圖像中通常與周圍正常的情況有所區(qū)別，特別是在形態(tài)、色調(diào)和影紋結(jié)構(gòu)等方面。為了在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后快速及時地了解地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模和具體情況，可以通過我國的資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和其他專業(yè)衛(wèi)星等進(jìn)行遙感信號的采集，然后運用地質(zhì)災(zāi)害遙感信息的合理解釋，對已經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地點或是隱患點進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后得出災(zāi)害規(guī)模、災(zāi)害分布、形成因素、孕育過程、變化趨勢等。通過以上工作可以有效推動對災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集和整理工作，并且按照地質(zhì)災(zāi)害的類別，建立災(zāi)害要素數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建災(zāi)害預(yù)測評估和災(zāi)后災(zāi)害快速評估運行系統(tǒng)。

2.2 為抗災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急決策提供快速信息支持

一些突發(fā)性自然災(zāi)害，難以實現(xiàn)迅速、準(zhǔn)確、動態(tài)的監(jiān)測與預(yù)報，但遙感技術(shù)可以不受地面條件限制，快速獲取災(zāi)害發(fā)生后災(zāi)區(qū)的全面景觀，根據(jù)災(zāi)害分類分級及影像模型，判讀圖像，快速確定災(zāi)情，為應(yīng)急救援工作提供第一手資料，從而在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)對自然災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)。

在2008年四川汶川大地震及2010年青海玉樹大地震中，有關(guān)部門使用多種航天、航空遙感技術(shù)為抗震救災(zāi)指揮部及時提供了多種類型、不同分辨率的衛(wèi)星和航空遙感數(shù)據(jù)分析信息，為抗震救災(zāi)指揮系統(tǒng)及時全面地了解災(zāi)情、快速部署救援行動提供了可靠的信息支持。

在澳大利亞維多利亞州發(fā)生特大火災(zāi)時，我國立刻調(diào)整了環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星A、B星拍攝角度和運行頻率，每天兩次飛過澳大利亞上空，迅速準(zhǔn)確地拍攝了澳大利亞火場的光學(xué)、紅外和雷達(dá)圖像，為澳大利亞空間信息合作研究中心提供了大量的衛(wèi)星監(jiān)測圖像，極大地幫助了澳大利亞有關(guān)部門的滅火行動。

2.3 提高次生災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報能力

做好次生災(zāi)害的排查與監(jiān)測預(yù)警工作，是減少和降低災(zāi)害損失的重要措施。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)實時監(jiān)測地震次生災(zāi)害，讓人們能夠有效規(guī)避災(zāi)害或減小災(zāi)害損失。在2008年汶川大地震中，中國國土資源航空物探遙感中心通過航空遙感應(yīng)急調(diào)查，及時掌握了北川等14個重災(zāi)縣市道路、房屋損壞等災(zāi)情和崩塌、滑坡、泥石流及堰塞湖等次生災(zāi)害情況，共解譯出地震引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流7 226個，堰塞湖147個，災(zāi)害毀路1 423處;圈定有危險的村鎮(zhèn)264個，潛在危險道路1 732處，從而為有效防范次生災(zāi)害的發(fā)生、最大限度地降低災(zāi)害損失提供了有力的信息支持。

2.4 為災(zāi)后重建規(guī)劃提供決策依據(jù)

地震等重大自然災(zāi)害發(fā)生后，災(zāi)區(qū)的重建規(guī)劃是抗災(zāi)救災(zāi)的一項重要工作。如地震災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)條件和地震活動斷層分布以及資源環(huán)境承載能力，重點對城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村的布局、基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施的建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)和生態(tài)環(huán)境以及自然資源和歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)等作出安排。城鎮(zhèn)和工程選址時要充分考慮災(zāi)害綜合區(qū)劃，既防止類似的災(zāi)害重復(fù)發(fā)生，也要防御其他自然災(zāi)害的侵襲。在2008年四川汶川大地震發(fā)生后，我國利用航天和航空遙感，及時開展汶川地震災(zāi)情評估工作，完成不同烈度人口影響評估，以及房屋倒損、道路損毀、人員傷亡等災(zāi)情及次生災(zāi)害評估、災(zāi)情綜合評估、地震災(zāi)害范圍評估、地震災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失評估等工作，為災(zāi)區(qū)規(guī)劃重建提供了科學(xué)依據(jù)和決策咨詢。

2.5 幫助提高地震預(yù)測預(yù)報水平

地震的預(yù)測預(yù)報是一個世界性難題。我國破壞性地震頻繁發(fā)生，損失極為慘重。為了有效地預(yù)測地震發(fā)生，必須對地震前的各種兆信信息進(jìn)行收集和數(shù)據(jù)挖掘，找到地震演變規(guī)律，盡可能地有效預(yù)測預(yù)報地震。衛(wèi)星遙感技術(shù)通過多種手段觀測、廣闊的信息覆蓋、短周期的觀測手段等，為提高地震災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報水平提供了可能。遙感技術(shù)用于監(jiān)測和評估地震災(zāi)害已成為研究的一大熱門。目前，遙感方法中合成孔徑雷達(dá)干涉測量(InSAR)技術(shù)在監(jiān)測地震形變方面的潛力已得到廣泛認(rèn)同。

在地震研究方面，我國運用各種遙感圖像，進(jìn)行斷層活動性、強震構(gòu)造環(huán)境、地震地表破裂等方面的遙感地質(zhì)解譯以及干涉形跡測量研究，取得了重要研究成果。同時還開展了遙感技術(shù)在地震監(jiān)測預(yù)報中的可應(yīng)用性研究、紅外遙感地震前兆的異常特征、預(yù)報方法和機理研究以及地震前兆熱紅外異常衛(wèi)星遙感監(jiān)測與快速處理系統(tǒng)研究等，為衛(wèi)星遙感應(yīng)用于地震監(jiān)測預(yù)報開辟了新的方向。我國地震局已將衛(wèi)星遙感的部分熱紅外實測數(shù)據(jù)，通過全國地震系統(tǒng)共享給所有地震研究工作者，為地震監(jiān)測和預(yù)報提供數(shù)據(jù)支持。

3 遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的具體應(yīng)用

我國的地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)為大型工程的可行性研究提供地質(zhì)災(zāi)害分布、潛在危害及環(huán)境基礎(chǔ)資料。實踐證明，遙感技術(shù)在識別滑坡、泥石流，制作區(qū)域滑坡、泥石流分布圖等方面體現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值。

3.1 孕災(zāi)背景調(diào)查與研究

從地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報相關(guān)理論分析可知，災(zāi)害孕育過程中要對一些因素進(jìn)行長期觀測，發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律。這些因素包括時日降水量、地面坡度、多年平均降水量、植被發(fā)育狀況、構(gòu)造發(fā)育程度等。這些因素的成功觀測是地震預(yù)測預(yù)報的重要保障。通過氣象衛(wèi)星可以實時檢測降雨情況，而資源衛(wèi)星可以對地表地物進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，通過紅外波段和微波波段分析地下物質(zhì)的體貌體征等。結(jié)合氣象衛(wèi)星和資源衛(wèi)星強大的遙感技術(shù)，可以對以上孕災(zāi)因素進(jìn)行實時監(jiān)控和分析，因此利用遙感技術(shù)有效調(diào)查研究地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)背景是遙感技術(shù)的重要應(yīng)用之一，也是地質(zhì)災(zāi)害最重要的基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查與區(qū)域劃分

在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，必須及時有效地對地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行總體分析，了解其發(fā)生規(guī)模和特征，才能制訂相應(yīng)的救災(zāi)和避災(zāi)措施。地質(zhì)災(zāi)害過程中，不良地質(zhì)所迸發(fā)出的滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害個體或災(zāi)害群體，在遙感圖像中會呈現(xiàn)出與眾不同的地質(zhì)特征。很多關(guān)于地質(zhì)發(fā)生規(guī)模和形態(tài)特征等信息都可以通過遙感影像進(jìn)行提取。這些信息提取后，就可以有效分析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生點和隱患點的全面信息，找到災(zāi)害發(fā)生的分布、規(guī)模、特點、趨勢等信息。另外，在上述工作基礎(chǔ)上還可以對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地進(jìn)行區(qū)域劃分，對地址災(zāi)害進(jìn)行分級管理，對隱患區(qū)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，為建立地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)資料。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警

當(dāng)?shù)刭|(zhì)體從量變到質(zhì)變后，地質(zhì)災(zāi)害很容易發(fā)生，但是這種從量變到質(zhì)變的過程是很難被觀測察覺的，因為其蠕動速率非常小且比較穩(wěn)定，地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)檢測就是期望實時得到發(fā)生突變的信息，來預(yù)測和預(yù)報災(zāi)害發(fā)生。在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的精確定位下，這種緩慢的變動速率是可以被察覺并記錄的。利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)檢測，可以有效地對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報和警報。

3.4 災(zāi)情實時調(diào)查與損失評估

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不可避免時，就要盡可能地減小災(zāi)害損失，這就要求在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后對災(zāi)情進(jìn)行實時檢測和調(diào)查，并評估和區(qū)分災(zāi)情較重和較輕的區(qū)域，進(jìn)行有效的人員救援和物資運送。利用遙感技術(shù)可以對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，除了可以對人員和牲畜傷亡進(jìn)行統(tǒng)計外，還可以對地面建筑、水域資源、橋梁道路、自然資源等各項情況進(jìn)行實時的調(diào)查和評估，為救災(zāi)提供有效的信息支持。

4 結(jié)語

遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是一項長期而艱巨的工作，特別是在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中遙感技術(shù)的作用并沒有完全顯現(xiàn)出來，地質(zhì)研究工作者還需要開拓遙感技術(shù)的更多作用，除地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報之外，遙感技術(shù)還為地質(zhì)工作者在礦產(chǎn)勘查、區(qū)調(diào)工作、生態(tài)環(huán)境觀察等方面提供便利。

［1］謝滔，高利鋒.淺談遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(7):20.

［2］何騫.遙感地質(zhì)勘查技術(shù)與應(yīng)用研究［J］.科技風(fēng)，2013(13):67.

［3］韋偉.遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用研究［J］.科協(xié)論壇，2009(9):132.