遙感技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

祁伏成

（1.上海地礦工程勘察有限公司，上海 200072；2.上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

因區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害問題日趨突出，嚴重危害著人們生產(chǎn)生活，隨著北斗技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用，為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查提供了新的工作思路。利用遙感和GIS技術(shù)開展區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和評價工作,具有傳統(tǒng)技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性,是當前地質(zhì)災(zāi)害研究的熱點和方向[1]。通過不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù),獲取地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)育環(huán)境要素信息，運用GIS管理和空間分析功能，建立地質(zhì)災(zāi)害資料信息庫，分析地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的環(huán)境地質(zhì)背景條件，地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、初步確定重點調(diào)查區(qū)和一般調(diào)查區(qū)需要核查、調(diào)查、測繪的地質(zhì)災(zāi)害點，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測分析和預(yù)防規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)[2]。高空間分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價，在災(zāi)害形態(tài)特征、堆積體結(jié)構(gòu)、成災(zāi)范圍等方面，相對于傳統(tǒng)野外考察等手段具有無比的優(yōu)勢[3]；隨著無人機技術(shù)快速，無人機遙感技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件崩塌地質(zhì)調(diào)查中，具有高效率、高質(zhì)量、全視角等技術(shù)特點，可直接提取地形地貌、地層特性、塊體運動軌跡等基本特征，為地質(zhì)災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。本文以區(qū)域崩塌地質(zhì)災(zāi)害為研究背景，分析遙感技術(shù)在立體三維空間信息采集、崩塌災(zāi)害特征識別、遙感影像比對分析及歷史災(zāi)情調(diào)查等方面綜合災(zāi)害調(diào)查應(yīng)用效果，進一步探討遙感空間數(shù)據(jù)庫為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查長效管理中的應(yīng)用，為地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)管控提供借鑒。

1 區(qū)域調(diào)查條件

1.1 地質(zhì)災(zāi)害背景

研究區(qū)域地勢相對平坦，地表以下多為厚達200m～320m的松散沉積物，屬典型海陸交互相沉積的軟土地區(qū)，緩變形地面沉降地質(zhì)災(zāi)害長期存在。

近年來，突發(fā)地面塌陷和局部山體崩塌災(zāi)害也時有發(fā)生。自2003年起，區(qū)域地面塌陷事故發(fā)生多達近百起；2018年凌晨，松江礦坑巖壁發(fā)生近200m3范圍的崩塌災(zāi)害，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境安全形勢嚴峻。

西南部松江區(qū)域分布有12座基巖裸露殘丘，山體較為陡峭，距離人類居住生活區(qū)較近，且山體延伸帶區(qū)域早期石料下挖開采，形成多座、面廣、壁陡、水深的采石坑，在強降水作用以及風(fēng)化侵蝕，人為活動影響下，存在山體邊坡坍塌或者小范圍崩塌隱患。

1.2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

區(qū)域地貌單元屬于太湖堆積平原區(qū)，僅有少量剝蝕殘丘零星分布，山丘總面積僅約2.4平方公里，而大片的基巖隱伏地下。西部松江地區(qū)有12座山丘，為侏羅紀火山噴發(fā)形成，呈北東—南西向串珠狀分布，海拔高程23m～98m。山下地形平坦，河網(wǎng)密布，地面標高大多為2.8m～3.2m。

據(jù)物探解譯推斷，研究區(qū)域可能存在區(qū)域性的青浦-龍華北東東向斷裂，構(gòu)成火山盆地的北部邊界，系火山巖區(qū)中部位置的一個斷面，熔巖流表面氣孔發(fā)育，巖性以安山巖為主，局部有柱狀節(jié)理，傾角一般80°左右。1950年，人為活動影響形成7座深大采石坑，關(guān)于采石坑巖壁崩塌災(zāi)害問題，已在無人測繪技術(shù)的松江采石坑環(huán)境調(diào)查中詳盡闡述。

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

遙感在地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡,泥石流)識別方面，較常規(guī)方法有明顯的優(yōu)勢，能快速提供大面積地區(qū)的位置、分布、范圍、規(guī)模、類型、發(fā)育環(huán)境等數(shù)據(jù)和圖件，了解它們的動態(tài)變化及發(fā)展趨勢，這些信息為工程災(zāi)害評價及滑坡,泥石流防治工作提供了全面可靠的依據(jù)。

在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查過程中，合理運用遙感技術(shù)基于空間定位法以數(shù)字影像技術(shù)獲取土地覆蓋情況、災(zāi)害引起的變化以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)信息，進而全面分析、評估地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查內(nèi)容，有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，以便達到減少經(jīng)濟損失和人員傷亡的目的。

2.1 基于空間結(jié)構(gòu)采集信息

基于遙感RS技術(shù)為核心，結(jié)合GNSS技術(shù)和GIS技術(shù)形成完整測繪監(jiān)測系統(tǒng)，全天候、多時相數(shù)據(jù)采集，利用孔徑雷達干涉（InSAR）技術(shù)處理獲取河流、高山、礦坑等矢量化地形影像，提取災(zāi)害危巖體特征及危險區(qū)域，對三維空間數(shù)據(jù)解譯分析，充分掌握區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素與孕災(zāi)條件，達到地質(zhì)災(zāi)害早期識別、風(fēng)險研判等效果。通過空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)清晰界定全域范圍內(nèi)災(zāi)害點分布，研判災(zāi)害體危險狀態(tài)，大大提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的工作效率。

2.2 三維時空數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

利用遙感技術(shù)影像處理、圖片鑲嵌與裁剪，空三加密，構(gòu)建DEM、DOM、DLG等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查成果，生成調(diào)查區(qū)完善的三維實景模型，相較于傳統(tǒng)技術(shù)，區(qū)域道路、河流、高山、巖壁、裸露巖石、崩塌堆積體等清晰可見，形成了非常直觀的立體模型。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害特征識別

通過遙感技術(shù)建立崩塌類地質(zhì)災(zāi)害三維立體化成像，獲取到區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)巖組、地表水和地下水、氣象植被與土地利用狀況、人類工程活動、易崩易滑地層、軟弱層、巖體結(jié)構(gòu)、斜坡結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，掌握崩塌誘發(fā)因素、形成機理、成災(zāi)模式、致災(zāi)范圍等，圈定崩塌源和崩塌堆積區(qū)，分析崩落路徑，評價崩塌的穩(wěn)定性、危險性和危害性，進而采取相應(yīng)的措施進行預(yù)警，從而確保決策信息的精準性。

2.4 歷史災(zāi)情調(diào)查

通過不同時序遙感影像疊加比對分析，獲取歷史地質(zhì)災(zāi)害事件，建立要素完整、內(nèi)容詳實、數(shù)據(jù)規(guī)范的長時間序列歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計分析各種災(zāi)害的發(fā)生頻率、影響范圍和受災(zāi)程度，評估歷史災(zāi)害發(fā)生規(guī)律。

3 遙感空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.1 災(zāi)害特征數(shù)據(jù)有效挖掘

通過遙感獲取影像數(shù)據(jù)，可以有效提取崩塌的類型、分布高程、規(guī)模、活動狀態(tài)、變形歷史、堆積體等，調(diào)查出崩塌發(fā)生斜坡的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)、軟弱層、節(jié)理裂隙、風(fēng)化程度、地下水基本特征等，進一步掌握區(qū)域微地貌、易崩易滑地層、變形特征、形成因素、威脅范圍等，分析地質(zhì)災(zāi)害重點隱患的穩(wěn)定性，研判災(zāi)害體變形特征及鏈生效應(yīng)、可能的運動路徑、潛在影響范圍及危害程度等災(zāi)害形勢。

3.2 數(shù)據(jù)格式標準

數(shù)據(jù)主要存儲格式為ArcGIS Shape、ArcGIS FileGDB、AutoCAD、MapGIS、Excel等。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，對于屬性數(shù)據(jù)，通過設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格式，將其導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中進行存儲，對于空間數(shù)據(jù)，為便于發(fā)布地圖服務(wù)，需要統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為ArcGIS FileGDB進行存儲。

3.3 區(qū)域空間數(shù)據(jù)庫

整合基于遙感獲取的全天時、多時相地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過ArcGIS強大的空間數(shù)據(jù)分析功能，基于遙感地理信息、地形圖等底圖數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析區(qū)域地質(zhì)條件、氣象水文、易損性要素等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成風(fēng)險區(qū)劃、歷史案例等成果信息，建立兼容空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等的綜合數(shù)據(jù)體系，基于數(shù)據(jù)查詢檢索系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化資料的高效管理、查詢、檢索和一體化服務(wù)。

4 結(jié)語

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害具有隱蔽性突發(fā)性和破壞性的特點，遙感技術(shù)可以發(fā)揮全視角、高效率、高質(zhì)量等技術(shù)優(yōu)勢，可快速解譯出區(qū)域地質(zhì)條件中孕災(zāi)體分布、承災(zāi)體危險程度及風(fēng)險識別，為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價、風(fēng)險研判、監(jiān)測預(yù)警及災(zāi)害防治提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。