遙感技術(shù)在1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

胡飛躍

摘 要： 遙感技術(shù)具有宏觀、快速、準(zhǔn)確、動態(tài)等特點和優(yōu)勢，利用遙感技術(shù)開展地質(zhì)環(huán)境調(diào)查工作，可以快速、準(zhǔn)確的得到調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)信息，提高研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作的預(yù)見性，并指導(dǎo)環(huán)境地質(zhì)野外調(diào)查工作，為1∶5萬環(huán)境地質(zhì)工作打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 遙感； 水文地質(zhì)； 工程地質(zhì)； 環(huán)境地質(zhì)

The UsingofRemoteSensingIn1： 50，000 Environmental Geology Survey

Hu Feiyue

Geological Investigation Institute of Guangdong Province Guangzhou 510080

Abstract： Remote sensing technology has the characteristics and advantages of universality， fast accuracy， dynamically， that we can get the information of hydrogeology， engineering geology， environmental geology in environmental geological survey by using the technology to improve the predictability of environmental geological survey work and guide the environmental geological field work. So the technology of remote sensing is very important to lay a good foundation for 1： 50，000 environmental geology survey.

Key words： Remote sensing， hydrogeology， engineering geology， environmental geology

1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查以工程目標(biāo)為依據(jù)，圍繞重大環(huán)境地質(zhì)問題和需求，目的在于查明圖幅范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件和水文、工程和環(huán)境地質(zhì)問題，為地區(qū)發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)提供資源環(huán)境保障和支撐。遙感作為1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的重要工作手段，重點在于解譯工作區(qū)水文地質(zhì)信息，工程地質(zhì)信息，環(huán)境地質(zhì)問題的類型、分布范圍及規(guī)模，從而指導(dǎo)1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，為地面調(diào)查工作提供技術(shù)支撐，從而減少地面調(diào)查的難度及工作量。

1 遙感數(shù)據(jù)選擇及預(yù)處理

1.1 遙感數(shù)據(jù)的選擇

遙感數(shù)據(jù)選擇的須與工作目標(biāo)任務(wù)相結(jié)合，不同類別的影像各有優(yōu)勢。多光譜遙感影像主要用于宏觀目標(biāo)物的遙感解譯，如地質(zhì)構(gòu)造等，如果影像分辨率過高，紋理細(xì)節(jié)過于豐富，宏觀目標(biāo)物的信息將會被掩蓋，不利于宏觀目標(biāo)物信息的提取。另一方面多光譜遙感影像具有波段覆蓋范圍寬的優(yōu)勢，波段范圍不僅僅包括可見光、近紅外波段，甚至還有中紅外、熱紅外波段：利用綠光、中紅外波段提取水體信息及利用紅外、近紅外波段提取植被覆蓋信息都有其獨特的優(yōu)勢，熱紅外波段用于提取和驗證地質(zhì)構(gòu)造、圈定溫泉溢出帶、熱污染等都有很好的效果。高分影像用于為微目標(biāo)地物的解譯，一般來說巖溶塌陷坑、崩塌、滑坡、地裂縫等直徑小于10m的地物利用低空間分辨率的遙感影像難以識別，而高分影像在識別微小地物方面效果十分明顯。利用數(shù)字高程影像快速、準(zhǔn)確地提取工作區(qū)地形、地貌特征，并可以轉(zhuǎn)化成地形坡度圖，為崩塌、滑坡、水土流失等地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性分析，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐等工作十分重要。因此，在1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作中，建議結(jié)合高分影像和多光譜影像進(jìn)行目標(biāo)信息提取，如選擇高分遙感影像如GF-1、多光譜遙感影像如TM8及DEM數(shù)字高程影像，條件許可的情況下可以選擇增加航空影像、高光譜影像等數(shù)據(jù)作為參考。

影像的成像日期也十分關(guān)鍵，為了減少不穩(wěn)定降雨及植被覆蓋的影響，在選擇影像時，盡量選擇平—枯水期時相的遙感影像。且不同類別的影像之間，盡量保持時相上的相關(guān)性，選擇成像時間相近的影像

1.2 預(yù)處理

由于太陽光到達(dá)地面之前，在大氣作用下會對其產(chǎn)生吸收和散射的作用；同時，地物的輻射經(jīng)過大氣時，也會被大氣吸收和散射，因此傳感器接收到地物的輻射能實際上經(jīng)過兩次大氣大散射、吸收，產(chǎn)生了輻射畸變，并且大氣散射的部分能量還會經(jīng)過傳感器直接疊加在地物的輻射能量中，成為目標(biāo)地物反射能量的噪聲。為了消除大氣對地物輻射的影響，得到地物的真實的輻射亮度值，提高不同地物之間的反差比，需要對影像進(jìn)行輻射校正。

傳感器進(jìn)行地物掃描成像時，友誼傳感器外方位元素變化，傳播介質(zhì)不均，地球曲率，地形起伏及地球旋轉(zhuǎn)的影響，影像元點地物的幾何形狀與真實的地物形狀往往會產(chǎn)生一定程度的畸變，幾何校正的目的在于消除這些畸變，產(chǎn)生符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。幾何校正的參考影像的一般選用最新出版的地形圖，選擇同名地物點作為控制點?？刂泣c應(yīng)為不具有時相性，并且分布在地形坡度較緩的地帶，在影像內(nèi)均勻分布。在1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作中，幾何校正的誤差要求在平原區(qū)控制在1個象元內(nèi)，在山區(qū)控制在2個象元內(nèi)。

2. 遙感專題信息提取

2.1 水文地質(zhì)信息

水文地質(zhì)信息包括，基礎(chǔ)水文地質(zhì)信息，如水文地質(zhì)單元；地表水信息，包括湖泊、水庫、河流、坑塘等；地下水信息，包括泉、井等。

水文地質(zhì)單元的圈定是開展1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作中水文地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)，以往采用等高線圈定水文地質(zhì)單元，不僅費時費力而且受人為的主觀判定影響大。遙感水文地質(zhì)單元劃分，主要利用DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)模擬水系在地表的運動狀況，建立地面水流模型，從而獲取水文分水嶺，再結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、巖性信息，劃分水文地質(zhì)單元。利用遙感技術(shù)劃分水文地質(zhì)單元不僅僅提高了工作效率，而且增加了可靠性。

地表水信息的提取主要利用水體在遙感影像上的反射率特征，基于水體在綠光和近紅外波段的反射率特征，Mcffeeters在1996年提出了歸一化差分水體指數(shù)，該指數(shù)對水體信息提取具有很好的效果，但是對具有較多建筑物背景的水體，效果較差，在此基礎(chǔ)上，徐涵秋提出了改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)MNDWI，利用綠光、近紅外、中紅外波段的水體反射率特征提取水體信息，對城鎮(zhèn)地區(qū)地表水體的提取具有很好效果，并消除山體和建筑物陰影的影響。

地下水信息的提取需要借助地表景觀及地下水指示物的間接解譯標(biāo)志[1]。地形地貌上，泉點一般位于山間溝谷、洼地或者多條溝谷的交叉部位，井點位于平原區(qū)，井點周圍一般民居密集，利用圖像增強(qiáng)技術(shù)，通過區(qū)分泉點、井點與周圍其他地物之間的色調(diào)差異，可以準(zhǔn)確地提取目標(biāo)地物信息。

2.2 工程地質(zhì)信息

地質(zhì)構(gòu)造控制著工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)環(huán)境，遙感地質(zhì)構(gòu)造信息的提取對了解調(diào)查區(qū)工程地質(zhì)問題具有重要的作用。

遙感影像上解譯斷裂構(gòu)造，主要以斷裂在空間上的展布為依據(jù)，結(jié)合地學(xué)知識和圖像增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行推理和綜合分析。地學(xué)知識指與斷裂有關(guān)的地質(zhì)體、地形、地貌特征，根據(jù)這些特征可以推斷斷裂構(gòu)造的存在，如山地、丘陵、平原等大的地貌單元的邊界呈直線或者折現(xiàn)展布；地貌體整體形態(tài)的錯位；連續(xù)分布三角面；水系格局異常等地質(zhì)特征。圖像增強(qiáng)技術(shù)主要是為了突出影像上色調(diào)異常。由于斷裂的性質(zhì)、活動特征、伸展形態(tài)，導(dǎo)致斷裂兩側(cè)自然景觀的不同，因此具有不同的吸收、反射、投射能力，在影像上的表現(xiàn)斷裂兩側(cè)的自然景觀有著不同的色調(diào)和色調(diào)反差。圖像增強(qiáng)方法包括彩色合成，如地質(zhì)信息和地表環(huán)境信息豐富的紅外、近紅外、藍(lán)光波段組合圖像；主成分變換，如利用主成分分析后的第一、二、三分量進(jìn)行波段組合圖像，增強(qiáng)影像信息量；比值變換，如將線性特征最為清晰的近紅外波段與紅光波段比值，增強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的線性特征[2]。

2.3 環(huán)境地質(zhì)信息

環(huán)境地質(zhì)信息的提取分為兩個方面，即礦山環(huán)境地質(zhì)問題、環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害信息的提取。

礦山的開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的破壞貫穿于礦產(chǎn)資源的采、選、冶全過程[3]。礦山環(huán)境地質(zhì)可以歸納為土地資源的浪費、植被資源的破壞、地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生三類[4]。利用高分遙感影像采用目視解譯的方法圈定礦山的分布、礦山的面積，根據(jù)色調(diào)、色彩的差異提取礦坑的開采情況、提礦山周邊土地資源利用情況、地質(zhì)災(zāi)害信息；利用植被指數(shù)法，圈定礦區(qū)周邊植被的生長情況。

環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害信息的解譯主要為突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，如崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷等。崩塌主要發(fā)生在坡度較大的基巖區(qū)，在遙感影像上崩塌的陡崖色調(diào)淺，老的陡崖色調(diào)深，在陡崖的一方有淺色調(diào)的錐形地形?；略谟跋裆嫌恤せ巍⒒⌒?、舌形和不規(guī)則形，在高分影像上清晰可見滑坡壁、滑坡臺階、滑坡舌等特征，并可以（下轉(zhuǎn)165頁）（上接162頁）圈定滑坡的面積，結(jié)合地形信息，估算滑坡的土方量。泥石流在影像上紋理雜亂、色調(diào)變化明顯，頂部呈瓢形，由于帶有大量松散固體因此通常泥石流顏色較淺，流動的泥石流呈條帶狀扇形，輪廓不固定，通過遙感影像對周邊地形地貌的表現(xiàn)，預(yù)判泥石流的運動方向。巖溶塌陷通常發(fā)生在平原區(qū)，形狀通常為圓形、橢圓形或不規(guī)則蝶形，邊緣光滑。

遙感技術(shù)不僅僅可以為已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行圈定，還可以對地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性進(jìn)行評價。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生通常以地形、植被、地質(zhì)構(gòu)造、基巖巖性相關(guān)。一般來說滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害通常發(fā)生在地形坡度在30度以上地區(qū)，且坡度越陡，發(fā)生的概率越大。植被對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生也有重要的影響，植被覆蓋度越低，植被越少，表層土壤越松散，巖石越容易被侵蝕風(fēng)化，易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)構(gòu)造和基巖巖性是地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生的決定性條件，地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)，巖石軟硬相間、結(jié)構(gòu)破碎；巖層產(chǎn)狀和坡向夾角越小，巖層越容易沿軟弱面滑動，易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。因此選擇地形坡度、植被、地質(zhì)構(gòu)造、基巖巖性作為評價指標(biāo)，對地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性進(jìn)行評價具有很高的可靠性，

3. 結(jié)論

結(jié)合多源遙感影像數(shù)據(jù)，挖掘水文地質(zhì)、工環(huán)地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)信息，并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，遙感調(diào)查可以為1∶5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作提供了預(yù)見性的指導(dǎo)作用。隨著遙感影像成像質(zhì)量的提高，信息提取技術(shù)的發(fā)展，挖掘更多更有效的水文、工程、環(huán)境地質(zhì)信息成為可能，遙感調(diào)查勢必為環(huán)境地質(zhì)調(diào)查手段中不可或缺的重要組成部分。

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