遙感技術在地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

楊 賢

（河北省水文工程地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050000）

遙感技術的應用需要以地質(zhì)學理論為指導，發(fā)揮其空間定位功能，通過數(shù)字形式來顯示和配準地理坐標，進而獲得準確的地質(zhì)災害數(shù)據(jù)信息。遙感技術已成為當前比較常用的地質(zhì)災害遙感解譯方法，利用遙感技術對地質(zhì)災害進行解譯，對監(jiān)測、分析、評估地質(zhì)災害及其特征有重要幫助，對了解和認知滑坡、崩塌、泥石流等不同類型的地質(zhì)災害有積極意義。文章應用遙感技術提取滑坡遙感信息，并對崩塌遙感進行解譯，在泥石流遙感信息解譯過程中，分別建立了相應內(nèi)容的空間分析模型，以保證災情評估的順利進行，進而實現(xiàn)自然災害的防護。

1 遙感技術概述

遙感技術是一種現(xiàn)代化綜合技術，通過自身所具有的技術特征和屬性來對信息進行掃描、攝影、傳輸和處理操作，實現(xiàn)對地物與自然現(xiàn)象的遠距離測控與識別。遙感技術具有綜合與宏觀，多手段與技術先進性、信息提取速度快、更新周期短、單次獲取大量信息、動態(tài)監(jiān)測、條件限制性低、效率高的特點[1]。

受分類方式影響，遙感系統(tǒng)會被界定出多種類型。基于遙感電磁輻射源，遙感系統(tǒng)會被分成主動和被動兩類；基于遙感垂直距離，遙感系統(tǒng)會被分成航天、航空、地面三類；基于電磁波譜段，遙感系統(tǒng)會被分為近紅外、熱紅外、微波三類；基于遙感數(shù)據(jù)，遙感系統(tǒng)會被分為成像與非成像兩類；基于地理范圍，遙感系統(tǒng)會被分為全球、區(qū)域、城市三類。

關于遙感圖像數(shù)字處理技術共包括五方面內(nèi)容，即遙感圖像的正射校正，遙感圖像融合，圖像增強處理，圖像鑲嵌與剪裁，遙感圖像三維可視化。在正射校正方面，衛(wèi)星軌道數(shù)學模型可判斷與確定傳感器成像位置和方向，數(shù)字高程模型可判斷像點所在處高程，在兩個模型的合理作用下，可以準確還原真實像點位置；在遙感圖像融合方面，圖像空間配準與圖像匹配是兩個重要的融合預處理步驟。其中常用的融合方法包括加權融合（以像元為基礎）、色彩空間變換融合（IHS）、主成分變換（PCA）以及高通濾波變換融合方法；在圖像增強處理方面，增強對象一般為有用信息或重要信息，使其與普通信息之間產(chǎn)生較大差別，以提高圖像的判斷準確度；在圖像鑲嵌與裁剪方面，信息豐富、色調(diào)和諧、鑲嵌幾何精度高，是鑲嵌遙感圖像應具備的三個基本條件；在遙感圖像三維可視化方面，主要包括兩方面內(nèi)容，一是構建數(shù)字高程模型，二是制作三維遙感影像。

數(shù)字高程模型構建有兩種表現(xiàn)形式，一是不規(guī)則三角網(wǎng)，二是規(guī)則網(wǎng)格，它們各具優(yōu)點，但也存在一定缺陷。不規(guī)則三角網(wǎng)格理論難，算法復雜；規(guī)則網(wǎng)格不能精確表示地形復雜程度，在某些區(qū)域存在數(shù)據(jù)冗余。三維景觀制作流程主要為：研究區(qū)內(nèi)地形圖掃描、配準——利用Map GIS軟件數(shù)字化地形圖——等高線、高程點賦值；檢查、拼接——插值生成DEM——DEM與遙感圖像疊加生成3D遙感影像圖——設置參數(shù)生成三維動畫。

2 地質(zhì)災害遙感信息提取

2.1 滑坡的遙感信息提取

2.1.1 提取滑坡解譯特征

滑坡通常被認為是在地表不平的地形形成過程中由斜坡變形引起的不良地質(zhì)現(xiàn)象。分析滑坡明顯地貌特征時，可以提取典型影像，地貌形態(tài)，植被，水文等四種解譯標志特征。

通過解譯滑坡遙感圖像的紋理與色調(diào)，陰影與形態(tài)，可以辨認大部分滑坡地貌特征，少部分較為復雜的地貌特征無法準確辨認。通過分析野外調(diào)查數(shù)據(jù)可知，在高分辨率衛(wèi)星圖像的支持下能夠清晰辨認包括簸箕形在內(nèi)的多種形態(tài)類型滑坡形態(tài)特征。需要注意的是，滑坡堆積物所處地形會直接影響滑坡堆積形態(tài)，因此在辨認滑坡時需要將該處地形因素納入考慮范圍。

2.1.2 解譯滑坡活動性

評價滑坡穩(wěn)定程度可根據(jù)滑坡體的具體保存情況和破壞情況，以及植物發(fā)育情況和人類活動情況[2]。通過觀察遙感圖像可知，上述內(nèi)容會表現(xiàn)出不同的色調(diào)、結構、圖形特點。在判斷滑坡穩(wěn)定性時，“工程地質(zhì)法”與“力學平衡計算方法”是比較常用的兩種方法，結合遙感技術后“工程地質(zhì)法”的應用范圍更廣。在斜坡物質(zhì)積累過程中，各級平臺會被充分“利用”，在這種情況下，通過航空圖像與高分辨率衛(wèi)星影像識別滑坡變化情況，即通過遙感圖像所呈現(xiàn)出的色差效果展現(xiàn)地勢高低情況。

2.2 崩塌的遙感解譯

2.2.1 崩塌的解譯特征

崩塌形成的直接原因是大體積巖體脫離母體，并在重力作用下沿著坡體向下滾動，或垂直向下崩落。按照巖土成分可將崩塌分為巖崩和土崩兩種。

崩塌主要解譯特征如下：

（1）位于陡峭山坡段，陡坡角度介于55°和75°之間，呈上陡下緩態(tài)勢；崩塌體常會被堆積在谷底，或者下方某一個或多個平緩地段。

（2）一般情況下，會較為清晰地顯示崩塌輪廓線，可若發(fā)生在遙感圖像陰影區(qū)，就很難被清晰識別。另外，崩塌壁所呈現(xiàn)出的顏色與巖性有直接關系，一般會呈現(xiàn)灰白色調(diào)。

（3）個別情形下，裂縫影像會呈現(xiàn)在崩塌體上部外圍處，較為清晰。

2.2.2 崩塌的活動性解譯

崩塌的穩(wěn)定性在彩色航空遙感影像圖片中較易辨認，通過對比可知，正在發(fā)生的崩塌活動在槽狀凹陷部分會呈現(xiàn)出較淺顏色，并能夠很明顯地看出無植被生長。崩塌壁呈現(xiàn)較深顏色，這與巖石本身色調(diào)有關。

解譯時需注意兩方面問題，一是要與采石場進行區(qū)別，二是關注陰影在崩塌體解譯過程中發(fā)揮的作用。對于前者，細節(jié)區(qū)分是關鍵，采石場影像通常呈現(xiàn)均勻的淺色調(diào)，且有明顯道路與車輛痕跡，這些內(nèi)容不出現(xiàn)在崩塌影像。對于后者，光照方向是主要區(qū)分因素，受光照方位影響，在陡坎處的陰影會遮蓋崩塌壁和崩塌體，對微地貌研究造成影響。在某些影像上，可通過分析全貌及周圍事物特征推測出崩塌位置。

崩塌解譯除了識別崩塌體的存在外，還應對崩塌規(guī)模、性質(zhì)進行判斷，統(tǒng)計出單位斜坡內(nèi)的崩塌發(fā)生的數(shù)量、計算崩塌面積及崩塌面積率等。

2.3 泥石流的遙感判釋

2.3.1 泥石流的解譯特征

泥石流是在地震與滑坡活動的作用下產(chǎn)生的，并在降水作用下極易造成嚴重的泥石流災害[3]。泥石流形成需要具備三個前提。

第一，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的量大松散土堆積在流域內(nèi)山坡上或溝谷中，該部分土體由自然形成或人為堆積而成。

第二，流域內(nèi)地形陡峻且存在較大的溝床縱坡。

第三，流域內(nèi)上游處出現(xiàn)暴雨。

形成區(qū)、流通區(qū)、沉積區(qū)是標準泥石流流域的三個較明顯區(qū)域，也是泥石流遙感圖像判釋的特征。其中流通區(qū)在影像上呈平直的淺色或帶狀，而沉積區(qū)的新堆積扇呈淺白色，老堆積扇顏色較深。需要注意的是，上述判釋特征只針對標準型泥石流流域，非標準型泥石流流域特征相對復雜，經(jīng)常會有多個區(qū)域相重疊和混淆現(xiàn)象，不易分辨。

2.3.2 泥石流的判釋方法

定性判別與統(tǒng)計分析判別是兩種判別泥石流溝的基本方法[4]。

（1）定性判別方法主要看溝口是否有明顯堆積扇痕跡，若有，則可判斷其為泥石流溝，該形態(tài)可在遙感圖像上清晰地展示。由于堆積物會被河水帶走，無法完好保存扇形地貌，導致定性判別方法不能準確判斷出是否為泥石流溝。面對這種情況，需要綜合相關因素進行解譯，分析過程中還需要進行實地調(diào)查訪問。

（2）統(tǒng)計分析判別又叫定量分析，是一種判斷泥石流溝輔助性手段，一般在定性判別無法發(fā)揮作用時使用。與單項判別相比，二者相結合的判別方式更加可靠，所得出的泥石流溝判斷結果更加準確。將遙感圖像解譯成果作為編制各類專題圖的依據(jù)，有助于對泥石流規(guī)模等進行綜合評價。

2.3.3 泥石流類型的解譯

依照相關規(guī)范，泥石流可被分成以下幾類：

（1）依照成因劃分為自然與人為泥石流。

（2）依照地貌條件分為溝谷與坡面泥石流。

（3）依照組成分為泥流、泥石流和水石流。

（4）依照提供方式分為滑坡、崩塌和侵蝕泥石流。

（5）依照動力學理論分為土力類和水力類。

（6）依照誘發(fā)因素分為暴雨和融冰。

（7）依照規(guī)模分為特大型、大型、中型、小型泥石流。

3 結語

遙感技術是一種監(jiān)測、分析、評估地質(zhì)災害的重要技術手段，將其應用于各項地質(zhì)災害調(diào)查活動中的可靠性較高。近些年，我國不少地區(qū)發(fā)生了比較嚴重的地質(zhì)災害，造成了巨大經(jīng)濟損失，為盡可能的降低危害，需要將遙感技術應用于地質(zhì)災害調(diào)查中，并能夠貫穿于監(jiān)測、預警和評估多個環(huán)節(jié)。隨著技術理論的不斷充實和完善，以及圖像分辨率和波普分辨率的進一步提升，遙感技術將成為災體動態(tài)監(jiān)測和實際災情分析的重要手段和工具。