淺談遙感技術(shù)在泥石流災(zāi)害防治體系建設(shè)中的應(yīng)用

郭漩　付樂

摘 要：近年來(lái)由于人類對(duì)自然資源的不合理開發(fā)導(dǎo)致泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大威脅，因此泥石流災(zāi)害防治體系的建設(shè)日漸重要。而遙感技術(shù)具有圖像視域廣、信息量大、直觀性強(qiáng)、可大面積重復(fù)觀測(cè)以及快速提供動(dòng)態(tài)信息等優(yōu)勢(shì)，并可通過多種判讀方法發(fā)掘信息，與GIS、GPS技術(shù)相結(jié)合，為泥石流災(zāi)害的防治以及災(zāi)后重建提供了更為便捷科學(xué)的途徑。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；泥石流災(zāi)害；地理信息系統(tǒng)

Abstract： Recent years，the Debris Flow Disaster occurred frequently because of humans irrational exploitation of natural resources.It brings tremendous threat for the country and people's lives and property safety.So the construction of the prevention system for debris flow disaster is particularly important.Remote sensing technology has many advantages just like a broad horizon of picture， large amount of information，strongly intuitive，repeated observations of large areas，providing dynamic information quickly and so on.It also can explore information through a variety of interpretation methods and combined with GIS，GPS technology.So remote sensing technology has provided a more convenient and scientific way for the prevention of debris flow and the post - disaster reconstruction.

Keywords： Remote Sensing Technology， Debris Flow Disaster，GIS

1 引言

泥石流是暴雨、洪水將含有沙石且松軟的土質(zhì)山體經(jīng)飽和稀釋后形成的洪流，廣泛分布于世界各國(guó)一些具有特殊地形、地貌的地區(qū)，其危害程度比單一的崩塌、滑坡和洪水的危害更為廣泛和嚴(yán)重。

遙感技術(shù)是指應(yīng)用探測(cè)儀器，不與探測(cè)目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來(lái)，通過分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)。遙感信息具有時(shí)效性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)便捷等優(yōu)勢(shì)，使得將遙感技術(shù)與GIS、GPS技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于泥石流災(zāi)害防治體系的建設(shè)成為可能。我們可以通過GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，獲取遙感衛(wèi)星傳輸?shù)拇竺娣e區(qū)域的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)性觀測(cè)，并將獲得的遙感信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與復(fù)合，利用GIS的空間分析功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，最后獲得泥石流災(zāi)害影響的具體范圍，及時(shí)做好預(yù)警工作及災(zāi)后重建工作。

2 災(zāi)前背景數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

泥石流災(zāi)前背景數(shù)據(jù)庫(kù)是泥石流災(zāi)害預(yù)警預(yù)告、損失評(píng)估和救災(zāi)的基礎(chǔ)，一般在災(zāi)前進(jìn)行建設(shè)與更新，對(duì)遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率要求高。背景數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括兩個(gè)方面：自然數(shù)據(jù)庫(kù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中在自然數(shù)據(jù)庫(kù)中泥石流溝的確定是較為復(fù)雜的一項(xiàng)數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行泥石流災(zāi)害預(yù)測(cè)的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)。

背景數(shù)據(jù)庫(kù)中的自然數(shù)據(jù)主要包括地形圖、氣象條件、大氣環(huán)境、地表物質(zhì)組成、地形地貌條件、坡度、土壤類型、河流網(wǎng)絡(luò)和湖泊的分布及其特性。自然數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，因此對(duì)于遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率要求高，而對(duì)于時(shí)間分辨率的要求相對(duì)災(zāi)中的災(zāi)情監(jiān)測(cè)要低一些，同時(shí)也需要開展大范圍自然災(zāi)害宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。較為常用的遙感數(shù)據(jù)有：美國(guó)氣象衛(wèi)星NOAA-AVHRR數(shù)據(jù)，主要用于氣象條件的研究；法國(guó)的SPOT-HRV衛(wèi)星，該數(shù)據(jù)的空間分辨率高達(dá)10米且具有立體觀測(cè)能力，可以用于具體的地面資料的采集與更新；此外還有目前正在成為遙感熱點(diǎn)的合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)和成像光譜儀數(shù)據(jù)，都可用于災(zāi)前背景數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。

此外遙感圖像還可以真實(shí)直觀地記錄泥石流地表現(xiàn)象，通過遙感數(shù)據(jù)可以很方便地調(diào)查泥石流溝的背景條件，包括：土層厚度、植被種類與蓋度、山體坡度和巖石破碎狀況等。通過直接目視解譯和類比法可以區(qū)分出泥石流溝的形成時(shí)間，近期泥石流溝谷色調(diào)多呈白色線狀，而早期的泥石流溝谷多呈灰暗的粗糙條帶狀或溝口處有扇狀堆積體。不同時(shí)期的遙感圖像能記錄各時(shí)期的泥石流活動(dòng)及變化狀況。泥石流爆發(fā)突然猛烈，痕跡明顯，近期內(nèi)拍攝的影像較為清晰，但相隔數(shù)年后所拍的航片、衛(wèi)片，由于溝谷山體受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕、植被覆蓋及人為改造的影像，其泥石流影像特征極為微弱甚至消失。有些溝谷可能在若干年后重復(fù)出現(xiàn)泥石流，對(duì)原泥石流體全部或部分覆蓋或摧毀，因此使用不同時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以分析出泥石流的一些活動(dòng)特點(diǎn)，比如：了解泥石流發(fā)生時(shí)期，重現(xiàn)其特點(diǎn)及規(guī)模；掌握泥石流爆發(fā)前后的溝谷變化；掌握泥石流災(zāi)害史并了解人類活動(dòng)對(duì)泥石流形成的影響。

3 災(zāi)中承災(zāi)體的識(shí)別和信息提取

在泥石流災(zāi)害發(fā)生過程中，我們不僅需要對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行大范圍的宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還需要對(duì)災(zāi)害承災(zāi)體進(jìn)行識(shí)別和信息提取，這是進(jìn)行災(zāi)害損失動(dòng)態(tài)評(píng)估和安排救災(zāi)減災(zāi)方案的前提。災(zāi)難承災(zāi)體主要是指受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的各種地物及其屬性，例如農(nóng)田、工礦、居民地、道路以及人口狀況等。

如果災(zāi)害背景數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性好、內(nèi)容齊備，從遙感數(shù)據(jù)中識(shí)別出受災(zāi)范圍后，在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)層的空間疊加操作即可進(jìn)行承災(zāi)體的快速提取。而在災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)不完善的情況下，直接對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是識(shí)別和提取洪承災(zāi)體空間分布信息的有效途徑。我們一般采用最大似然法對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類以提取和識(shí)別承災(zāi)體，但該方法在具體實(shí)施時(shí)需要各種承災(zāi)體的練習(xí)樣本和先驗(yàn)概率且認(rèn)為數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布的假設(shè)。為克服這一缺陷近年來(lái)發(fā)展了去多新的提取方法，如：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、證據(jù)推理方法、空間數(shù)據(jù)知識(shí)挖掘方法等。其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以解決線性問題和非線性問題的包容性，不要求數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)假設(shè)，是一種非參數(shù)方法，已被應(yīng)用于災(zāi)中承災(zāi)體的快速識(shí)別和提取。該方法以遙感各波段數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，應(yīng)提取災(zāi)難類型作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，類型個(gè)數(shù)與輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)一致，選擇樣本練習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以后，使用練習(xí)好的網(wǎng)絡(luò)來(lái)提取承災(zāi)體的信息。

4 受災(zāi)地區(qū)三維模擬的實(shí)現(xiàn)

通過將DEM高程數(shù)據(jù)和相應(yīng)遙感數(shù)據(jù)在GIS三維平臺(tái)上進(jìn)行疊加可建立受災(zāi)區(qū)域的高程模型?；诿婺Ｐ瓦M(jìn)行多層DEM構(gòu)模，構(gòu)建出的模型在三維平臺(tái)上可以進(jìn)行路徑漫游、地形計(jì)算和地形分析等常規(guī)操作。其中地形計(jì)算包括：計(jì)算區(qū)域體積、計(jì)算兩點(diǎn)長(zhǎng)度、計(jì)算地形表面積、計(jì)算填挖方、計(jì)算坡度坡向；地形分析包括：三維點(diǎn)信息、兩點(diǎn)通視分析、地形通視域分析、地形坡面分析和洪水淹沒分析。

通過三維模型，可以對(duì)受災(zāi)區(qū)域的地形有一個(gè)直觀整體的認(rèn)知，并且可以將災(zāi)害演進(jìn)過程在三維平臺(tái)上動(dòng)態(tài)表示，輔助相關(guān)部門進(jìn)行泥石流的災(zāi)害預(yù)測(cè)和災(zāi)后重建工作。但就目前來(lái)說(shuō)，普遍應(yīng)用的三維模型只是基于二維表面的DEM構(gòu)模，所生成的高程模型嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)還不能稱之為三維，一般稱之為2.5維。

5 結(jié)束語(yǔ)

遙感技術(shù)在泥石流災(zāi)害的災(zāi)前預(yù)測(cè)、災(zāi)中監(jiān)控和災(zāi)后重建中都具有很大的應(yīng)用潛力，尤其是3S技術(shù)的結(jié)合可以快速準(zhǔn)確地進(jìn)行泥石流災(zāi)害預(yù)測(cè)。而未來(lái)預(yù)測(cè)的改進(jìn)取決于對(duì)泥石流災(zāi)害及其機(jī)制更加確切的了解，災(zāi)害的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)基于地球觀測(cè)系統(tǒng)的完善，必須使信息的獲取既迅速又準(zhǔn)確。只有在以上兩個(gè)方面不斷地進(jìn)行探索，才能更好地為防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)提供決策支持。

參考文獻(xiàn)

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