遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治方面的應(yīng)用探討

沈建營

（詔安縣自然資源局測繪中心，福建 漳州 363500）

遙感（Remote Sensing）意即“遙遠(yuǎn)的感知”，是在航空攝影技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。他是利用各種航空航天平臺（如人造衛(wèi)星、航空飛機(jī)、小型無人機(jī)等）上裝載的各種遠(yuǎn)距離探測儀器，對地面目標(biāo)進(jìn)行無接觸探測，并通過信息傳輸、圖像處理、修正、解譯等一系列復(fù)雜技術(shù)流程實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的識別。該技術(shù)具有廣域范圍內(nèi)對目標(biāo)物體同步觀測、信息獲取速度快、動態(tài)信息量豐富等一系列優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著航天、航空技術(shù)的不斷進(jìn)步和遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)逐漸在國民經(jīng)濟(jì)的各行各樣展現(xiàn)出巨大的適用性和價(jià)值性，例如在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測、水土保持、自然資源督察、海洋環(huán)境（大氣環(huán)境）監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理等多方面的工作中均展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。另一方面，我國國土面積遼闊、地質(zhì)構(gòu)造特征復(fù)雜導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。近年來人類活動對大自然的改造越發(fā)強(qiáng)烈，進(jìn)一步加劇了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率。例如大到8.0級的四川汶川地震、7.1級的青海玉樹地震，小到各種泥石流、山體滑坡、礦區(qū)地面沉降、土地凍融、沙漠化及荒漠化等。此類地質(zhì)災(zāi)害無不對社會財(cái)產(chǎn)以及人身安全帶來了極大的危害，如何利用各種手段對地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、監(jiān)測以及預(yù)防成為一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的工作。

近年來，隨著遙感平臺、遙感傳感器等相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品的日益豐富，所獲取的遙感數(shù)據(jù)在質(zhì)量方面也出現(xiàn)了較大的提升。尤其是傳感器分辨率的提升，導(dǎo)致遙感觀測所得數(shù)據(jù)的分辨率、精細(xì)程度以及觀測尺度都有了質(zhì)的飛躍，數(shù)據(jù)類型極大豐富、圖像質(zhì)量明顯提升、重復(fù)觀測周期也越來越短。技術(shù)的提升使得遙感在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測以及后期的治理方面都發(fā)揮了巨大的作用。遙感技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程中以及后期區(qū)域環(huán)境治理不可或缺的技術(shù)支持手段之一。

1 地質(zhì)災(zāi)害的分類和屬性

所謂的地質(zhì)災(zāi)害，是在人類歷史進(jìn)程中由于大自然各種營力以及人類自身的活動所帶來的具有破壞性質(zhì)的地質(zhì)事件。更多時(shí)候，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與人類和地質(zhì)環(huán)境兩方面因素共同作用有關(guān)。到目前為止，學(xué)術(shù)界對于地質(zhì)災(zāi)害的分類并沒有統(tǒng)一的劃分方案。但總的來看地質(zhì)作用所導(dǎo)致的災(zāi)害性事件都被認(rèn)定為地質(zhì)災(zāi)害，它包括礦區(qū)地面沉降、地面崩塌、泥石流滑塌、采礦導(dǎo)致的地裂縫、水土流失、河流湖泊塌岸等災(zāi)害現(xiàn)象。不能看出，大多數(shù)的地質(zhì)災(zāi)害背后都隱藏著人類對自然界過渡改造的因素。

不同學(xué)術(shù)界對于地質(zhì)災(zāi)害的分類并不統(tǒng)一，比如研究大地構(gòu)造系統(tǒng)的學(xué)者將地質(zhì)災(zāi)害劃分為內(nèi)動力地質(zhì)災(zāi)害、外動力地質(zhì)災(zāi)害；而研究地理地貌的學(xué)者又主張將地質(zhì)災(zāi)害劃分為山地地質(zhì)災(zāi)害、平原地質(zhì)災(zāi)害、海岸地質(zhì)災(zāi)害、海底地質(zhì)災(zāi)害。由此可見，不同學(xué)者因?yàn)楦髯匝芯砍霭l(fā)點(diǎn)不同很難有統(tǒng)一的劃分方案。總體來看，在地質(zhì)災(zāi)害的基本屬性方面不同學(xué)者的認(rèn)知較為統(tǒng)一：地質(zhì)災(zāi)害既是自然現(xiàn)象又是社會現(xiàn)象、既有自然屬性又有經(jīng)濟(jì)屬性、既不可避免又可控可防；地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、規(guī)模等既表現(xiàn)出了高度的隨機(jī)性，又表現(xiàn)出不規(guī)則的周期性，因而被認(rèn)為是一種較為復(fù)雜的隨機(jī)性事件；地質(zhì)災(zāi)害事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、規(guī)模既具有偶然性，但總體來看一系列的災(zāi)害事件相互誘導(dǎo)形成因果，又表現(xiàn)出了群發(fā)特征；地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與人類社會生產(chǎn)活動的能力呈現(xiàn)出高度的一致性，即人類對于大自然改造能力越強(qiáng)、地質(zhì)災(zāi)害越頻發(fā)。

2 遙感技術(shù)的應(yīng)用

2.1 遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

由于礦區(qū)多發(fā)育特殊的地質(zhì)、地貌特征，加之人類過渡的開采活動導(dǎo)致礦區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)之一。典型的礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象包括巖體崩塌、地面塌陷、泥石流滑坡、地裂縫、礦山水土流失、植被破壞、河流湖泊塌岸等多種類型。而根據(jù)我國目前現(xiàn)行的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查規(guī)程要求，對于地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查主要以實(shí)地測量為主。此類調(diào)查方法在平原、丘陵地區(qū)具有較好的適用性。而對于山地、高山地等地形復(fù)雜、坡降較大的復(fù)雜地形礦區(qū)，隨著調(diào)查面積的擴(kuò)大，調(diào)查過程中所產(chǎn)生的高額費(fèi)用及較低的調(diào)查效率無疑帶來了巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，特殊的地形地貌環(huán)境又給從事一線實(shí)地調(diào)查的調(diào)查人員帶來了巨大的安全隱患。

無人機(jī)遙感技術(shù)的出現(xiàn)為野外地質(zhì)調(diào)查工作帶來了新的、可靠的技術(shù)保障。相對于傳統(tǒng)實(shí)地調(diào)查手段而言，遙感技術(shù)具有廣域、無接觸探查的優(yōu)勢，在極大地提高調(diào)查過程的費(fèi)效比同時(shí)，又降低了野外實(shí)地踏勘過程中可能帶來的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)借助先進(jìn)的遙感傳感器技術(shù)、遙感測控技術(shù)、自動化通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)，可以對調(diào)查目的區(qū)域迅速獲取海量國土資源、自然環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等信息。并且所獲取的此類信息具有高分辨率、高精度、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、周期短的特點(diǎn)，所獲得的成果具有實(shí)時(shí)、可視的特點(diǎn)，完全可以滿足地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的需求，且極大提高了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的效率，已經(jīng)成為近年來地質(zhì)調(diào)查的熱門手段之一。在利用遙感技術(shù)對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的過程中，關(guān)鍵要做好以下四個(gè)方面的技術(shù)控制：一是對目的區(qū)域的地形氣候等條件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，選擇合適的天氣和時(shí)間段進(jìn)行遙感影像的獲取，盡最大可能提高影像的質(zhì)量精度；二是積極做好像控點(diǎn)的測量。在均勻分布測區(qū)的位置合理布設(shè)像控點(diǎn)，保證遙感影像中像控點(diǎn)清晰可見（如裸露的基巖、空曠處的明顯點(diǎn)狀地物點(diǎn)、鄉(xiāng)村道路的交叉點(diǎn)等），同時(shí)要保證達(dá)到足夠的重疊率；三是根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求明確航線邊界的條件。根據(jù)無人機(jī)遙感相機(jī)鏡頭的技術(shù)參數(shù)及航行高度確定合理的延展范圍；四是嚴(yán)格控制影像的獲取質(zhì)量。根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，參考調(diào)查目的區(qū)域的地形高差、地貌特征，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，在保證航線密度的前提下，本著高效提取、影像匹配及提高分辨率的原則來拍攝高精度影像圖片。在以上數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)平差、畸變校正、空三加密、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、DOM和DSM建模等一系列操作流程，生產(chǎn)調(diào)查目的區(qū)域的地形圖。進(jìn)一步通過特征信息提取，結(jié)合實(shí)地探查來對地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行綜合解譯。

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

對已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)測是災(zāi)害治理前的必要手段。所謂地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，就是對災(zāi)害目前狀況進(jìn)行總體分析，掌握災(zāi)害規(guī)模、災(zāi)害現(xiàn)狀，預(yù)測災(zāi)害發(fā)展的趨勢，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害治理提供行之有效的一手資料。地質(zhì)災(zāi)害所導(dǎo)致的地面塌陷、巖體崩塌、泥石流滑坡等現(xiàn)象在遙感影像中具有典型的信息特征，災(zāi)害發(fā)生的程度、破壞的規(guī)模以及持續(xù)的時(shí)間等信息都可以通過遙感技術(shù)獲取。這些海量遙感信息獲取后，通過專業(yè)的技術(shù)分析、影像研判可以有效分析災(zāi)害發(fā)生區(qū)域內(nèi)相關(guān)信息，監(jiān)測災(zāi)害發(fā)生的具體位置、規(guī)模、分布以分析地質(zhì)災(zāi)后的后續(xù)進(jìn)展。

地質(zhì)災(zāi)害的有效監(jiān)測是通過對災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展、變化進(jìn)行持續(xù)的觀測，尋找其變化規(guī)律。而遙感可以通過紅外波段、微波波段等技術(shù)措施，對災(zāi)害發(fā)生地區(qū)地貌、植被、坡降、降水量以及水平面等因素的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對比前后動態(tài)變化情況，掌握地質(zhì)災(zāi)情的規(guī)模、特征、演變以及后續(xù)發(fā)展趨勢。作為遙感技術(shù)深度發(fā)展的產(chǎn)物—InSAR技術(shù)的產(chǎn)生，為大尺度地表變形監(jiān)測提供了有利的技術(shù)支持。彼時(shí)區(qū)域性地形圖的測繪開始成為一種趨勢。得益于InSAR技術(shù)定量測量地表變化的技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)從理論上可以對地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的地形地貌變化進(jìn)行定量測控，并提供可靠的海量實(shí)時(shí)變形數(shù)據(jù)。隨后的幾十年中，InSAR在泥石流滑坡、地面沉降、巖體崩塌等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮了越來越大的作用。進(jìn)入新世紀(jì)以來，InSAR遙感技術(shù)在時(shí)間頻率、測繪精度和廣域范圍內(nèi)的應(yīng)用等諸方面取得較大進(jìn)步。隨著衛(wèi)星系統(tǒng)的逐步完善和數(shù)據(jù)處理方式的不斷優(yōu)化提升，海量遙感數(shù)據(jù)對于地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測將起到舉足輕重的作用。

2.3 遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生所導(dǎo)致的危害包括災(zāi)區(qū)人員的傷亡、礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)坍塌、環(huán)境的破壞等諸多方面。對地質(zhì)災(zāi)害的評估是后續(xù)開展救援、恢復(fù)工作的關(guān)鍵。雖然遙感技術(shù)無法直接對地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的復(fù)工復(fù)產(chǎn)沒有直接的作用，但通過遙感大數(shù)據(jù)的支持可以對災(zāi)區(qū)的損情況及災(zāi)害發(fā)生的具體區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)治理提供技術(shù)支持，間接起到輔助作用。以某地區(qū)礦山山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害的遙感評估項(xiàng)目為例，遙感對地質(zhì)災(zāi)害的評估關(guān)鍵步驟包括以下幾方面：第一在前人研究基礎(chǔ)之上，通過對收集到的大量災(zāi)區(qū)高精度遙感影像的判讀，對地質(zhì)災(zāi)害的平面展布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及災(zāi)害類型等熟悉進(jìn)行解譯；第二利用QuickBird影像建立地質(zhì)災(zāi)害體積估算方法，并提取災(zāi)害的細(xì)節(jié)屬性特征、建立災(zāi)害的定量評價(jià)方法。第三步利用高分辨率的SPOT圖像結(jié)合航片的研判，對地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)今狀況進(jìn)行提取，利用合理的數(shù)學(xué)評價(jià)模型建立相對可靠的評價(jià)指標(biāo)，對災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行定量評價(jià)，為后期地質(zhì)災(zāi)害的綜合治理提供必要的指標(biāo)支持。

3 結(jié)束語

遙感技術(shù)的不斷發(fā)展為地質(zhì)災(zāi)害的減災(zāi)救災(zāi)工作帶來了極大的便利，究其原因主要是因?yàn)檫b感技術(shù)具有以下先進(jìn)性：同時(shí)探查范圍廣、探查周期短、速度快、安全零損傷、受地形地貌的局限小、觀測數(shù)據(jù)海量化、觀測信息實(shí)時(shí)化、形象信息形象可視化、信息傳輸現(xiàn)代化。作為一項(xiàng)高精尖的現(xiàn)代化技術(shù)，雖然我國已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用及發(fā)展效果，但由于研究起步較晚，也不得不正視與西方新進(jìn)國家的差距。從多年的實(shí)際工作出發(fā)，筆者認(rèn)為我國遙感技術(shù)的應(yīng)用及后續(xù)發(fā)展應(yīng)注重注意以下幾個(gè)方面。

一是在遙感應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害防治的工作中，我們應(yīng)當(dāng)具有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。遙感是一門先進(jìn)的、具有較高行業(yè)門檻的技術(shù)，作為一門基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)非本專業(yè)人員很難對遙感影像所蘊(yùn)含的各種信息進(jìn)行專業(yè)的判讀。而專業(yè)遙感從業(yè)人員對于地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)知又很難達(dá)到相當(dāng)?shù)母叨?。因此遙感專業(yè)人士與地質(zhì)災(zāi)害防治專家應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一制定我國的遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保地質(zhì)災(zāi)害信息能夠被準(zhǔn)確解譯。

二是進(jìn)一步加強(qiáng)遙感數(shù)據(jù)的獲取能力、提高遙感數(shù)據(jù)的精度。我國遙感技術(shù)起步晚、研究深度及精度還有待提高。在防災(zāi)救災(zāi)方面，我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到歐美及日本等發(fā)達(dá)國家的水平。正視自己的不足、加強(qiáng)國際間的溝通交流、拓寬我們遙感數(shù)據(jù)的獲取渠道、提升遙感數(shù)據(jù)的精度將是我們在接下來一段時(shí)間內(nèi)的工作重點(diǎn)，也是我們工作的難點(diǎn)。