地質(zhì)災(zāi)害體遙感變化信息檢測及趨勢分析

孔艷婷 康宏垚

1.內(nèi)蒙古煤炭建設(shè)生態(tài)環(huán)境研究院有限責(zé)任公司，中國·內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010

2.內(nèi)蒙古科大爆破工程有限公司，中國·內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010

地質(zhì)災(zāi)害體；遙感變化；信息檢測；趨勢

1 引言

中國國土廣袤，很多省份地區(qū)的地質(zhì)條件都十分復(fù)雜，并且有大量的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育明顯的地區(qū)，很多地區(qū)地層巖性復(fù)雜并且存在地下水分布不均勻的情況。另外，伴隨著人類活動區(qū)域的不斷擴大以及礦產(chǎn)資源開采活動的日益頻繁，中國近幾年來突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生數(shù)量處于不斷上升的狀態(tài)，所以企業(yè)以及群眾的生命財產(chǎn)安全受到了嚴重的威脅。目前，中國地質(zhì)勘查技術(shù)人員在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上，融入多種方法和手段，探索出能夠提取研究災(zāi)害體變化信息的有效方法，本文則對這一技術(shù)進行了深入的研究和探討。

2 地質(zhì)災(zāi)害體遙感變化檢測方法研究

2.1 變化檢測方法

在地理信息數(shù)據(jù)更新工作中，多時相遙感影像變化檢測技術(shù)有著十分重要的地位，并且能夠?qū)?zāi)害進行有效的評估和預(yù)測，并能為發(fā)展趨勢的分析與評估提供助力，另外還能對土地覆蓋及變化情況進行檢測，因此長時間來，各個國家的地質(zhì)勘查技術(shù)人員都將次技術(shù)作為主要的研究方向，并已經(jīng)在基礎(chǔ)理論之上提出了多種遙感影像變化檢測方法[1]。

影像代數(shù)法、主成分分析法、變化向量法、歐氏距離法等是目前遙感變化檢測的主要方法類型，其變化檢測原理也有明顯的區(qū)別。通過分析研究成果我們發(fā)現(xiàn)，目前常見的變化檢測方法與其應(yīng)用有著密切的聯(lián)系，隨著檢測對象、數(shù)據(jù)源以及地面環(huán)境的變化，需要選用不同的檢測方法，并且任何一種檢測方法都不具有絕對優(yōu)勢。所以，以上提到的各種檢測方法，都具有一定的優(yōu)缺點[2]。

如果需要簡單快速的運算過程則建議選擇波段差值法，但是這種方法應(yīng)用功能前需要完成相對輻射歸一化處理。通過實際應(yīng)用我們發(fā)現(xiàn)這種方法難以準確確定變化閾值，由于點對點運算的自身特征，噪聲會存在于差值或者比值的影響之中，同時也難以獲得變化信息的具體屬性。在低亮度區(qū)域內(nèi)的變化，波段差值法表現(xiàn)不敏感，但是高亮度區(qū)域則相反。波段比值法對低亮度區(qū)域的變化十分敏感，高亮度區(qū)域則相反[3]。

如果需要重點消除評價指標(biāo)之間的相關(guān)影響，那么建議選用主成分分析法，該方法在這一方面有著十分優(yōu)異的表現(xiàn)。尤其是在指標(biāo)之間表現(xiàn)出較高的相關(guān)程度時，運用這種方法能夠達到較好的效果，因此也能夠有效降低指標(biāo)選擇的工作量。尤其是在需要較多評級指標(biāo)時，這種方法能夠在最大限度上保留大部分信息，并只運用少數(shù)綜合性指標(biāo)完成分析工作，因此計算量得到了有效的控制。同時，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)重的確定。但是該方法使用的過程中，必須給出被提取的主成分分量相關(guān)背景的解釋和意義[4]。

如果針對礦山進行監(jiān)測，在選用變化向量法的過程中，建議對開采過程中的地表光譜信息變化較大的區(qū)域進行檢測。這種這種方法在探測變化像元的過程中，利用了全部的波段，所以，相比單一波段探測技術(shù)來說，該技術(shù)能夠提供相對完整的信息，在波段書不斷增加的情況下，我們發(fā)現(xiàn)如果變化類型的信息是通過變化向量提供的，那么就很難完成變化類型和變化閾值的判斷[5]。

歐氏距離法是將影響作為不同的空間對象，每個像元在不同波段的灰度值為其不同維度的值，通過檢測其對應(yīng)像元灰度差（即“空間距離”）來檢測其變化信息，灰度差異越大，“空間距離”越大，變化越大。

通過總結(jié)以上討論可知，需要技術(shù)人員對檢測區(qū)域的具體情況選擇檢測方法，這樣才能保證檢測結(jié)果的準確性和完整性。所以在對地質(zhì)災(zāi)害體進行檢測之前，需要基于變化檢測方法理論的具體方法優(yōu)勢以及技術(shù)要求，選取適合的方法，才能保證相應(yīng)研究的有效性，進而達到完成地質(zhì)災(zāi)害體變化監(jiān)測研究的重要目的[6]。

圖1 某地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害體遙感變化信息檢測影像圖

2.2 遙感變化檢測實驗概述

遙感變化檢測的流程分為影像預(yù)處理、變化檢測、閾值劃分和空間分析4 個部分，主要使用ENVI，ArcGIS 以及Resee3.1 軟件來實現(xiàn)。首先，根據(jù)影像的實際情況進行色彩調(diào)整、輻射匹配和幾何校正等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作；其次，分別采用影像代數(shù)法(波段差值、波段比值)、主成分分析法(主成分差值、主成分比值、多波段主成分)、變化向量法和歐氏距離法分別進行變化檢測；為了體現(xiàn)統(tǒng)計的客觀性，閾值劃分完全采用GIS 集成的自然間斷點法和標(biāo)準差法進行劃分；然后，空間分析利用變化檢測生成的變化矢量和原始2 期影像疊加分析變化檢測的準確性；最后，通過對上述變化檢測方法的比較,總結(jié)出相對適合的變化監(jiān)測方法。變化檢測流程如圖2[7]。

圖2 影像變化檢測流程

一般來說，通過遙感獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量都能滿足變化檢測的要求。但是一般數(shù)據(jù)類型、影響獲取時間以及空間分辨率會存在不同程度的差異，所以在遙感影像中我們會發(fā)現(xiàn)一些非地物變化所帶來的變化信息。所以，我們多通過多時相影響的輻射匹配及幾何校正的方法完成影響預(yù)處理，并達到消除非地物變化的目的。

直方圖匹配可以用于輻射匹配中，影響的灰度分布能夠通過這種方法得到有效反應(yīng)，其主要利用校正影像和基準影響的灰度直方圖，并通過對待校正影像的灰度直方圖，運用線性拉伸的方式進行處理，從而完成輻射匹配工作。

影像的結(jié)合配準和幾何精校正是幾何校正的主要組成部分。一般需要先對影像數(shù)據(jù)進行正射校正，隨后根據(jù)地形圖完成幾何精校正，然后運用Pan sharpening 融合方法完成全色與多光譜影像的融合，影像的輸出需要選擇紅、綠、藍光波段，并將其合成真彩色；在進行影像幾何配準時，需要讓多時相影像保持完全重疊的狀態(tài)，并且不能出現(xiàn)錯位或者重影的情況，這樣才能開展下一步的變化檢測工作，否則會影響結(jié)果的準確性。

2.3 變化量估算

技術(shù)人員可以通過疊加DEM 影像的方法，配合遙感影像資料，完成滑坡地質(zhì)災(zāi)害體變化的表面積數(shù)據(jù)的獲取，并可以將其進行投影，進而在地質(zhì)災(zāi)害變化表面積范圍內(nèi)，對滑坡前后相關(guān)的參數(shù)進行計算，進而獲得滑坡體積的估算值，這種方法的模型理論是科學(xué)完善的，并且具有操作簡單的特點，尤其是在DEM 數(shù)據(jù)可靠的情況下，能夠獲得較高精度的計算數(shù)據(jù)。

土方量變化也可以運用基于離散積分的根據(jù)地形變化的方法進行。我們需要提前運用遙感技術(shù)獲取變化檢測區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)，并運用變化檢測方法確定變化區(qū)域，并開展具體的分析工作。變化區(qū)域的土方量，可以在加設(shè)地表連續(xù)和漸變的前提下，利用相對有限的離散數(shù)據(jù)進行計算。

某區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害體通過遙感解譯工作獲取了下圖所示的信息，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域一個活動較為強烈的大型滑坡是嵌套在一個較為穩(wěn)定滑坡的內(nèi)部，并且區(qū)域表現(xiàn)出較陡的坡度，并在滑坡的下緣發(fā)現(xiàn)了較為強烈的人類工程活動。

圖3 某區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害體遙感影像及三維解譯圖

對于該區(qū)域的滑坡地質(zhì)問題，通過分析和檢測發(fā)現(xiàn)，其原因與礦山開采活動有著密切的關(guān)系，且當(dāng)?shù)夭]有采取有效的治理措施，所以當(dāng)?shù)卣畱?yīng)該著重加強非法礦山以及相關(guān)開采行為的整治工作，并立即開展治理及避險措施，在不穩(wěn)定或存在隱患的區(qū)域設(shè)立警示標(biāo)志，禁止人員在附近逗留，并通過加強巡邏的方式，掌握地質(zhì)災(zāi)害體的變化情況，并做好相應(yīng)的防護工程。

3 結(jié)語

遙感技術(shù)在中國地質(zhì)技術(shù)發(fā)展過程中起到了十分重要的作用，尤其是在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等方面起到了重要的作用。但是在具體工作中，我們?nèi)匀恍枰鶕?jù)區(qū)域的實際情況以及技術(shù)方法的特點制定檢測方案，才能真正保證檢測結(jié)果的準確性與完整性。