多源遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別應(yīng)用中的問題探討
——以西南山區(qū)為例

梁京濤， 趙 聰， 馬志剛

(1.四川省地質(zhì)調(diào)查院/稀有稀土戰(zhàn)略資源評(píng)價(jià)與利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081；2.四川省國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治研究院，四川 成都 610081)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家，據(jù)自然資源部通報(bào)，截至2020年底我國(guó)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患33萬余處； 2010—2020年間全國(guó)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害100 650起，造成2 751人死亡(失蹤)、2 083人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失453.929億元。在此期間造成人員傷亡的地質(zhì)災(zāi)害中，約70%是沒有提前發(fā)現(xiàn)的未知點(diǎn)(不在現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)中)[1]； 此類地質(zhì)災(zāi)害大多分布于斜坡中上部，處于以往人工地面調(diào)查的“盲區(qū)”，多具有高位分布、隱蔽性強(qiáng)、突發(fā)、危害大等特點(diǎn)。如2013年都江堰五里坡滑坡，共造成44人死亡、117人失蹤[2]； 2017年茂縣6·24新磨村滑坡，導(dǎo)致10人死亡、73人失蹤[3]； 2018年，西藏白格滑坡兩次堵塞金沙江，并在潰決后形成洪水導(dǎo)致下游大量橋梁、公路、村鎮(zhèn)損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失超過100億元[4]； 2019年貴州水城縣雞湯鎮(zhèn)滑坡，造成43人遇難、9人失蹤[5]。

近年來，國(guó)家逐步加大了對(duì)地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別工作的投入力度。2020年，在全國(guó)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別工作之后，四川、云南、重慶、西藏等省、自治區(qū)、直轄市及部分下轄縣(市、區(qū))又相繼開展了廣域地質(zhì)災(zāi)害隱患綜合遙感識(shí)別工作。該工作基于InSAR、光學(xué)遙感、機(jī)載LiDAR等技術(shù)手段，對(duì)滑坡、崩塌等斜坡地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行綜合識(shí)別，圈定疑似地質(zhì)災(zāi)害隱患形變區(qū)，為地質(zhì)災(zāi)害隱患調(diào)查和防治奠定了基礎(chǔ)，極大提高了地面調(diào)查工作的效率。

筆者近幾年先后在四川、云南、西藏、陜西等地主持了多項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害遙感早期識(shí)別項(xiàng)目，如滇西北地區(qū)46個(gè)縣15萬km2地質(zhì)災(zāi)害隱患遙感識(shí)別監(jiān)測(cè)、四川省川西片區(qū)26個(gè)縣(市、區(qū))16.39萬km2地質(zhì)災(zāi)害隱患遙感識(shí)別監(jiān)測(cè)、基于機(jī)載LiDAR技術(shù)以及無人機(jī)航空遙感技術(shù)的多區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別示范項(xiàng)目等。通過上述項(xiàng)目實(shí)踐，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別應(yīng)用過程中不同遙感技術(shù)手段的適用性和需要注意的問題進(jìn)行了思考，初步形成了一些體會(huì)和建議，供國(guó)內(nèi)外同行參考。

1 關(guān)于多源遙感技術(shù)的界定和早期識(shí)別的理解

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的遙感技術(shù)手段眾多，為了便于討論，本文所論述的多源遙感技術(shù)手段主要包括光學(xué)遙感、InSAR、LiDAR、貼近攝影測(cè)量等類型。

關(guān)于對(duì)“地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別”的理解，主要體現(xiàn)在“早期”二字的界定上。斜坡的變形破壞是在應(yīng)力條件下應(yīng)變的累積過程，具有時(shí)間特征。按照通常理解，“早期”即在某件事發(fā)生之前，但對(duì)于斜坡來說其發(fā)生變形破壞的狀態(tài)具有重復(fù)性，因而在早期的時(shí)間界定和理解上有分歧，本文用廣義和狹義兩個(gè)范圍予以區(qū)分。根據(jù)日本學(xué)者齋藤提出的重力型滑坡3階段變形規(guī)律[6]，非地震、爆破等瞬間激發(fā)作用引起的斜坡破壞基本上滿足“初始變形—等速變形—加速變形”的破壞過程。因此，從狹義的角度來說，地質(zhì)災(zāi)害的“早期”，可以界定為斜坡發(fā)生初次破壞失穩(wěn)(加速變形階段通常時(shí)間相對(duì)較短，進(jìn)入此階段之后，災(zāi)害識(shí)別意義小于災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)作用，故此階段暫時(shí)不考慮在內(nèi))前期的“過程”或“狀態(tài)”，即包括未見形變、初始形變和勻速形變階段(圖1 中O+A+B)； 從廣義的角度來說，“早期”可以延伸至老滑坡或者古滑坡復(fù)活階段，即還包括老滑坡、古滑坡復(fù)活直至再次失穩(wěn)之前(圖1中D+E+F)。相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別工作，是對(duì)斜坡未出現(xiàn)形變跡象，或已出現(xiàn)形變跡象但未發(fā)生整體失穩(wěn)，或整體失穩(wěn)后的老滑坡、古滑坡有無再次復(fù)活可能性的判斷(圖1中O+A+B和D+E+F)。

圖1 斜坡災(zāi)害早期識(shí)別階段劃分及形變曲線

關(guān)于對(duì)“地質(zhì)災(zāi)害隱患”的理解，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范[7]，是指未來可能發(fā)生滑坡、崩塌或泥石流等，并具有威脅對(duì)象或可能造成損失的變形斜坡體或潛在泥石流溝谷，即斜坡體出現(xiàn)了變形，但還沒有發(fā)生崩滑災(zāi)害造成損失或流域內(nèi)物源積累到一定量級(jí)，但還沒有暴發(fā)泥石流災(zāi)害。因此，從時(shí)間跨度和研究?jī)?nèi)容上來看，“地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別”范疇大于“地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別”，前者除了已出現(xiàn)變形的“斜坡變形體”和“潛在泥石流”識(shí)別之外，還包括了當(dāng)前沒有形變，或歷史上出現(xiàn)變形過程，但將來有可能出現(xiàn)變形或暴發(fā)泥石流過程的識(shí)別。

2 應(yīng)用中需注意的主要問題

2.1 InSAR應(yīng)用限制因素及適用區(qū)間

InSAR技術(shù)主要通過斜坡地表“微變形”探測(cè)，獲取地表形變區(qū)，指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別。該技術(shù)現(xiàn)已成為地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別領(lǐng)域重要的遙感技術(shù)手段，其優(yōu)勢(shì)得到業(yè)內(nèi)充分肯定，作用和意義重大。但I(xiàn)nSAR技術(shù)仍然受到一些因素的影響，具有一定的適用區(qū)間(相對(duì)于斜坡變形階段)。該技術(shù)主要適用于斜坡“形變速率”或“形變量”相對(duì)較小的初始變形和勻速變形階段(圖1“區(qū)間Ⅰ”或“區(qū)間Ⅱ”)，其限制因素主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1.1 植被覆蓋因素

植被是地表形變InSAR探測(cè)、監(jiān)測(cè)的主要影響因素之一，植被覆蓋程度直接影響該技術(shù)的應(yīng)用效果。如： 四川省雅安地區(qū)，植被茂密且覆蓋率高，降雨豐沛，被稱為“雨城”，根據(jù)我們?cè)谠摰貐^(qū)的應(yīng)用實(shí)踐，地質(zhì)災(zāi)害隱患的識(shí)別正確率約為30%； 在地形條件適宜，低密度植被覆蓋的得榮縣、巴塘縣、白玉縣等區(qū)域，識(shí)別正確率可達(dá)90%以上，識(shí)別效果非常理想。因此，在具體項(xiàng)目實(shí)踐中，要充分考慮工作區(qū)植被的覆蓋程度，選擇合適的InSAR數(shù)據(jù)源。在植被覆蓋茂密地區(qū)，推薦選取L波段數(shù)據(jù)。

2.1.2 地形地貌條件

地形條件對(duì)InSAR技術(shù)的影響主要表現(xiàn)在劇烈的地形變化和SAR側(cè)視成像幾何條件的限制，容易在SAR影像上形成陰影，即InSAR不可探測(cè)區(qū)； 同時(shí)，由于劇烈的地形變化容易造成滑坡可監(jiān)測(cè)的視線向投影面積急劇減小(即疊掩區(qū)域)，從而導(dǎo)致滑坡的漏判； 再者，受衛(wèi)星成像限制，與衛(wèi)星行進(jìn)同向的坡體和突變且形變量較大的區(qū)域識(shí)別難度較大。根據(jù)滇西北地區(qū)46個(gè)縣地質(zhì)災(zāi)害隱患InSAR識(shí)別結(jié)果統(tǒng)計(jì)，地形切割程度影響InSAR識(shí)別效果，主要受斜坡坡度和高差2個(gè)因素制約； 適中的斜坡坡度和高差有利于地質(zhì)災(zāi)害隱患的識(shí)別和發(fā)現(xiàn)，坡度和高差過小的斜坡臨空條件不發(fā)育，本身不利于災(zāi)害形成，坡度過陡或高差過大容易出現(xiàn)陰影和疊掩區(qū)域。

圖2 國(guó)內(nèi)外主要SAR衛(wèi)星及服役信息(據(jù)文獻(xiàn)[8]修改)

2.1.3 數(shù)據(jù)源

當(dāng)前，將InSAR技術(shù)應(yīng)用于大面積地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別的工作受數(shù)據(jù)源類型、數(shù)據(jù)期次、監(jiān)測(cè)周期等因素制約。InSAR數(shù)據(jù)源類型較多，但可供選擇的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源少。目前主流SAR影像搭載的傳感器有C、X、L波段等，如圖2所示，其中波長(zhǎng)依次遞增。

近些年，InSAR技術(shù)在我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)源為歐空局Sentinel-1、日本ALOS-2等數(shù)據(jù)，其中Sentinel-1數(shù)據(jù)可免費(fèi)獲取。隨著需求的不斷擴(kuò)大，高密度植被覆蓋區(qū)對(duì)L波段的需求更為迫切。目前ALOS-2衛(wèi)星已接近設(shè)計(jì)壽命，受監(jiān)測(cè)周期限制，難以提供長(zhǎng)時(shí)序、大范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響到地質(zhì)災(zāi)害隱患的識(shí)別效果。國(guó)產(chǎn)高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)亟需補(bǔ)充。

2.1.4 技術(shù)協(xié)同

從地表監(jiān)測(cè)到隱患識(shí)別需光學(xué)遙感技術(shù)協(xié)同。InSAR是探測(cè)形變的主要手段，其監(jiān)測(cè)結(jié)果直接獲取的是地表形變數(shù)據(jù)，并非地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，或者確切地說，是地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別的中間過程。地質(zhì)災(zāi)害隱患的識(shí)別是建立在InSAR形變區(qū)探測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件、威脅對(duì)象和邊界條件圈定的，依靠InSAR單一技術(shù)手段，無法直接獲取地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。

2.2 InSAR識(shí)別推廣需注意的幾個(gè)問題

(1)廣域InSAR數(shù)據(jù)處理的參數(shù)選擇。進(jìn)行大區(qū)域InSAR數(shù)據(jù)處理，主要面臨不同閾值區(qū)間的取舍和平衡問題，閾值取舍的不同將影響到后面獲取的形變信息精度。比如在相位解纏階段，相干性掩模閾值設(shè)置越高，后期空白區(qū)域越多，則容易造成地質(zhì)災(zāi)害隱患的漏判； 反之，閾值設(shè)置過低則容易造成地質(zhì)災(zāi)害隱患的誤判。

(2)需要建立隱患形變野外核查驗(yàn)證方法。目前，基于InSAR技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患的研究工作多集中在InSAR數(shù)據(jù)處理方法對(duì)比[9-11]、誤差及影響因素分析[12-13]、典型區(qū)域應(yīng)用[14-16]等方面，在InSAR變形野外判定方法方面的研究文獻(xiàn)較少。查閱現(xiàn)有的國(guó)標(biāo)和行業(yè)規(guī)范，未見基于InSAR技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別效果的野外判定方法和技術(shù)要求。雖然現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查規(guī)范、InSAR技術(shù)行業(yè)規(guī)范中明確了要開展此項(xiàng)工作，但采用什么方法、驗(yàn)證哪些內(nèi)容、技術(shù)要求、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容都沒有明確和量化。

(3)需要確立形變區(qū)“變形程度”的界定指標(biāo)。在地質(zhì)災(zāi)害隱患野外驗(yàn)證過程中，能否有效獲取變形證據(jù)，直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)效果的優(yōu)劣和該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用推廣，而變形證據(jù)更多體現(xiàn)在“變形程度”的界定上。當(dāng)前部分技術(shù)人員對(duì)InSAR技術(shù)的監(jiān)測(cè)效果在認(rèn)識(shí)上存在分歧，主要原因是“變形程度”界定指標(biāo)沒有統(tǒng)一，存在將InSAR識(shí)別的形變區(qū)等同于地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、將斜坡有無變形跡象等同于“是否”為地質(zhì)災(zāi)害、斜坡表部有無明顯破壞直接等同于InSAR監(jiān)測(cè)效果好壞、將斜坡“變形程度”等同于“穩(wěn)定程度”、將野外觀測(cè)的“變形現(xiàn)象”與監(jiān)測(cè)的變形量和變形速率等“變形數(shù)據(jù)”直接掛鉤的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

(4)需要統(tǒng)一地質(zhì)災(zāi)害InSAR識(shí)別效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。正確率是評(píng)價(jià)InSAR技術(shù)應(yīng)用效果較為合適的指標(biāo)，其含義是核查確認(rèn)的隱患與識(shí)別疑似隱患數(shù)量的比值。自然資源部門將正確率作為評(píng)價(jià)識(shí)別效果的指標(biāo)。為了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，本文以地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別準(zhǔn)確率(εg)表示，公式為

εg=Gi/Ga。

(1)

式中：Gi為野外核查確定為地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)或風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的數(shù)量；Ga為室內(nèi)識(shí)別疑似地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)或風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的數(shù)量。

2.3 光學(xué)遙感早期識(shí)別的應(yīng)用邊界及受控因素

光學(xué)遙感技術(shù)具有客觀性、直觀性、廣域觀測(cè)和時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，是現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的重要手段。以往的地質(zhì)災(zāi)害光學(xué)遙感調(diào)查工作，主要是對(duì)已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行解譯，近些年逐步應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別領(lǐng)域。通過光學(xué)遙感影像，可以直觀獲取地物地表信息和地質(zhì)環(huán)境條件，這些信息是其他手段開展地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的基礎(chǔ)?；诠鈱W(xué)遙感技術(shù)手段開展地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別，主要適用于以下幾種類型：

(1)斜坡區(qū)域具有明顯變形特征(圖1“區(qū)間Ⅲ”)，且在影像上可通過形態(tài)、色調(diào)、紋理等信息反映出來。以滑坡隱患為例，斜坡表部出現(xiàn)了明顯的局部滑動(dòng)、下坐、溜滑、裂縫、邊界特征等，在數(shù)據(jù)時(shí)效性和空間分辨率滿足要求的前提下，是可以通過光學(xué)遙感影像進(jìn)行判識(shí)的。

(2)歷史上曾發(fā)生過明顯變形特征或失穩(wěn)過程的斜坡災(zāi)害(圖1“區(qū)間Ⅳ”)，如老滑坡，古滑坡，具有明顯堆積特征的崩塌堆積體，斜坡表部局部垮塌、滑動(dòng)、崩落形成的“異常凹腔”，以及斜坡坡腳異常堆積等。

(3)溝口具有明顯堆積的新(老)泥石流災(zāi)害和溝口未見明顯堆積，但流域內(nèi)具有較為豐富物源的潛在泥石流溝。

2.4 應(yīng)用光學(xué)遙感手段需注意的問題

(1)根據(jù)不同任務(wù)要求，選取適合的數(shù)據(jù)源。不同的光學(xué)遙感數(shù)據(jù)源其分辨率不同，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別精度和信息獲取能力差異較大。隨著光學(xué)影像分辨率的逐步提高，地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別精度和要素識(shí)別能力逐步增強(qiáng)。根據(jù)筆者等人在滇西北地區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果(表1)，不同分辨率的遙感影像可識(shí)別的災(zāi)害體要素、面積大小差異較大。如目前常用的高分一號(hào)、資源三號(hào)衛(wèi)星對(duì)面積在10×104m2以上且變形特征較為明顯的滑坡隱患具有較好的判識(shí)效果，而小于此面積的滑坡隱患，基于2 m分辨率的光學(xué)影像對(duì)其的判識(shí)效果較差或難以判識(shí)。

表1 不同分辨率光學(xué)數(shù)據(jù)可識(shí)別災(zāi)害隱患分類

(2)注意對(duì)地質(zhì)環(huán)境背景條件的分析。受地質(zhì)災(zāi)害形成條件、影響因素、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜條件的制約，基于光學(xué)遙感手段開展的地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別仍然是基于目視解譯進(jìn)行的，識(shí)別正確率主要取決于判釋人員的經(jīng)驗(yàn)，如從事該項(xiàng)工作的年限、判釋地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和判釋人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)等。在光學(xué)遙感應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作的早期，衛(wèi)星分辨率較低，判釋人員多基于“形態(tài)”“色調(diào)”“紋理”特征進(jìn)行判定； 隨著光學(xué)影像分辨率的逐步提高，依靠“形態(tài)”特征基本上就可以圈定地質(zhì)災(zāi)害體。但這并沒有降低對(duì)判釋人員的要求，就地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別工作來說，除了基本的“形態(tài)”特征之外，還需要對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行判釋，如地層巖性、斜坡結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、植被、人類工程活動(dòng)等，而這些內(nèi)容的識(shí)別恰恰需要長(zhǎng)時(shí)間的積累。

(3)發(fā)揮多期影像動(dòng)態(tài)觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，不挑戰(zhàn)“微變形”探測(cè)短板。在斜坡出現(xiàn)“微變形”的早期發(fā)現(xiàn)變形證據(jù)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別工作來說是極其重要的。但這種“微變形”探測(cè)能力恰巧是光學(xué)遙感較為薄弱之處，光學(xué)遙感主要依靠已有變形特征進(jìn)行識(shí)別，即斜坡出現(xiàn)“相對(duì)明顯”的變形程度才能識(shí)別(圖1“區(qū)間Ⅲ”或“區(qū)間Ⅳ”)。因此，實(shí)際工作中，不建議挑戰(zhàn)“微變形”探測(cè)短板，但可以發(fā)揮光學(xué)影像直觀性強(qiáng)的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，通過多期影像對(duì)比，開展斜坡變形特征動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，定性或半定量地判定斜坡變形和發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，可發(fā)揮無人機(jī)快速、靈活、高精度(分米級(jí)甚至厘米級(jí))獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，盡可能在相對(duì)較早的識(shí)別階段獲取斜坡變形信息，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

2.5 機(jī)載LiDAR的探測(cè)優(yōu)勢(shì)及適用條件

單就機(jī)載LiDAR技術(shù)本身而言，在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以在不同災(zāi)害類型和不同植被覆蓋區(qū)域應(yīng)用，從綜合遙感識(shí)別角度來說，相比較InSAR和光學(xué)遙感，該技術(shù)在高密度植被覆蓋區(qū)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

(1)適合高密度植被區(qū)具有明顯變形特征的斜坡隱患識(shí)別(圖1“區(qū)間V”或“區(qū)間Ⅶ”)。在高密度植被覆蓋區(qū)，地物信息遮掩嚴(yán)重，LiDAR技術(shù)基于激光點(diǎn)云在構(gòu)建高精度地表模型的基礎(chǔ)上，可以對(duì)斜坡“臺(tái)坎”、“較大規(guī)模裂縫”、“拉裂槽”等地面變形特征進(jìn)行識(shí)別。如2013年7月10日都江堰三溪村五里坡滑坡，滑坡體后緣早年間形成的長(zhǎng)約150 m、寬7～8 m、深20～25 m的拉裂槽，在QuickBird影像上并不十分明顯，此處高大喬木生長(zhǎng)極為茂盛，一定程度上遮蓋了拉裂槽分布。此類地區(qū)使用光學(xué)遙感手段效果不佳，隱患識(shí)別需要借助機(jī)載LiDAR技術(shù)。

(2)適合高密度植被區(qū)歷史災(zāi)害或早期變形斜坡的探測(cè)。此類區(qū)域在歷史上曾發(fā)生過變形破壞或損傷，但現(xiàn)今處于“靜止”狀態(tài)(圖1“區(qū)間Ⅵ”)，采用InSAR技術(shù)無法探測(cè)，高分辨率光學(xué)影像受植被影響，也難以發(fā)揮觀測(cè)優(yōu)勢(shì)。而激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以部分穿透植被，通過點(diǎn)云分類，有效去除表部植被，將地表信息顯露出來。以植被覆蓋率高的康定縣城片區(qū)白土坎滑坡區(qū)域?yàn)槔?圖3)，去除植被前，該滑坡歷史滑動(dòng)特征在正射影像上難以識(shí)別，僅滑坡前緣早期擠壓河道特征較為明顯，去除植被后，在高精度數(shù)字高程模型上面，滑坡要素特征和邊界范圍均得以顯現(xiàn)，工作區(qū)植被去除效果較好，達(dá)到了預(yù)期目的。

圖3 白土坎滑坡正射影像(左)及機(jī)載LiDAR滑坡要素解譯(右)

(3)適合高密度植被覆蓋區(qū)泥石流流域探測(cè)。在高密度植被覆蓋區(qū)，基于機(jī)載LiDAR技術(shù)，在植被剔除基礎(chǔ)上，可以獲取泥石流流域高精度地表模型和流域參數(shù)； 相比于光學(xué)遙感，其對(duì)流域物源量的估算精度更高。而基于多期次LiDAR探測(cè)構(gòu)建的高精度數(shù)字高程模型對(duì)比，可破解泥石流流域坡面物源侵蝕量和堆積方量難以精確計(jì)算的行業(yè)難題，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

2.6 機(jī)載LiDAR探測(cè)注意事項(xiàng)

(1)盡可能增加點(diǎn)云密度，提高激光點(diǎn)云的植被穿透率。在高密度植被覆蓋區(qū)，激光點(diǎn)云密度是制約探測(cè)能力的關(guān)鍵因素。根據(jù)筆者等人在四川康定和雅江地區(qū)的試驗(yàn)，要想達(dá)到較好的識(shí)別效果，建議點(diǎn)云密度不低于50點(diǎn)/m2，至少不低于30處/m2； 在植被特別茂盛的地區(qū)，甚至需要更高的點(diǎn)云密度。

(2)在數(shù)據(jù)獲取階段，要充分考慮地形條件和周邊環(huán)境的影響，同時(shí)注意有效測(cè)距范圍。建議航飛高度不超過理論探測(cè)距離的2/3，以保證點(diǎn)云高密度分布。

(3)在數(shù)據(jù)處理階段，注意點(diǎn)云分類，在有效去除植被的情況下，盡可能提高有效地面點(diǎn)云數(shù)量，構(gòu)建高精度地表模型，確保地面信息量。

2.7 貼近攝影測(cè)量技術(shù)的適用條件

(1)適用于高位崩塌(危巖體)早期識(shí)別。貼近攝影測(cè)量是武漢大學(xué)針對(duì)精細(xì)化測(cè)量需求所研發(fā)的一種全新的攝影測(cè)量技術(shù)[17]，尤其適用于高位崩塌(危巖體)識(shí)別。該項(xiàng)技術(shù)在推廣應(yīng)用方面，設(shè)備投入門檻低，市場(chǎng)前景廣闊。圖4為筆者等人在陜西略陽(yáng)縣靈巖寺北部區(qū)域某危巖體的貼近攝影影像，采用Acute View 3D軟件可獲取高精度三維實(shí)景模型上任意點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)危巖體的巖層面、裂隙面以及臨空條件等信息的提取。依據(jù)各結(jié)構(gòu)面所選的空間點(diǎn)坐標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)該處巖體的結(jié)構(gòu)面特征參數(shù)計(jì)算。如圖4中，L1結(jié)構(gòu)面可以通過A、B、C3點(diǎn)的三維坐標(biāo)基于“三點(diǎn)法”計(jì)算出來，同理，L2和L3結(jié)構(gòu)面，可以分別基于D、E、F3點(diǎn)和H、I、G3點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算出來。

圖4 基于貼近攝影測(cè)量的某處巖體結(jié)構(gòu)參數(shù)獲取

(2)貼近攝影測(cè)量屬于光學(xué)遙感范疇，適用于沒有植被覆蓋或植被覆蓋相對(duì)較少的陡崖區(qū)域。

2.8 貼近攝影測(cè)量的注意事項(xiàng)

(1)設(shè)置合理探測(cè)距離，保證巖體參數(shù)安全有效獲取。該手段技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于近距離航攝，距離巖體越近，獲取成果精度越高。原則上，探測(cè)距離可以貼近巖體5 m航攝，但實(shí)際應(yīng)用中，具體距離數(shù)值應(yīng)根據(jù)危巖壁橫向剖面形態(tài)的規(guī)則程度進(jìn)行調(diào)整，建議距離危巖壁不小于30 m。

(2)注意航飛安全。飛行航高較低，貼近斜坡飛行容易受高壓線、照明線、信號(hào)塔等設(shè)施的干擾。

3 地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別應(yīng)用建議

地質(zhì)災(zāi)害隱患的早期識(shí)別工作可因時(shí)、因地、因勢(shì)而為，建議從時(shí)間、區(qū)域和不同技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)條件出發(fā)，整體布局，分層布置。

3.1 多源遙感技術(shù)手段綜合應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

在地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別工作中，針對(duì)不同的區(qū)域和災(zāi)害類型，不同的遙感技術(shù)手段各有所長(zhǎng)。

InSAR技術(shù)在地表形變識(shí)別監(jiān)測(cè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面: 其一，InSAR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地表“微變形”探測(cè)，精度可以至毫米級(jí)，在斜坡出現(xiàn)較明顯的變形之前，可提前鎖定“病灶”，相比于光學(xué)遙感或者人工地面調(diào)查，其識(shí)別精度更高； 其二，具有時(shí)間信息，通過PSInSAR、SBAS等時(shí)序InSAR技術(shù)，可對(duì)斜坡地表變形過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，獲取某一監(jiān)測(cè)周期內(nèi)地表變形數(shù)據(jù)，結(jié)合形變量和形變速率分析歷史變化情況和所處的變形階段，對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析和評(píng)價(jià)； 其三，InSAR技術(shù)廣域覆蓋，可實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)的批量數(shù)據(jù)處理，短時(shí)間內(nèi)獲取廣域范圍內(nèi)地表形變信息，相比于人工目視解譯，其形變區(qū)的識(shí)別效率更高。

從綜合遙感技術(shù)手段來說，針對(duì)不同的災(zāi)害類型，各技術(shù)手段適用性差異較大： 對(duì)于泥石流災(zāi)害，采用InSAR技術(shù)開展降雨型泥石流早期識(shí)別并不能得到很好的判釋效果，而采用SAR技術(shù)對(duì)流域的地形條件無法判定，雖然可以判定流域內(nèi)物源的活動(dòng)狀態(tài)，但物源方量不得而知，對(duì)于泥石流隱患的識(shí)別更多需要采用光學(xué)遙感技術(shù)或LiDAR技術(shù)； 對(duì)于崩塌災(zāi)害，因其具有突發(fā)性，InSAR技術(shù)識(shí)別效果也不理想，需借助貼近攝影測(cè)量技術(shù)； 光學(xué)遙感技術(shù)對(duì)斜坡的“微變形”探測(cè)相對(duì)較弱。因此，地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害類型和不同地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，選擇合適的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)源參數(shù)，有針對(duì)性地開展此項(xiàng)工作，做到各種技術(shù)手段發(fā)揮所長(zhǎng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3.2 工作部署多層次布置

充分發(fā)揮各種技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)，由粗到細(xì)、逐步深入、抓住重點(diǎn)，分層次布置。如： 采用SAR和中高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行“掃面”，初步圈定疑似靶區(qū)； 采用高分辨率遙感影像和SAR數(shù)據(jù)針對(duì)大江大河、重要交通沿線等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行“重點(diǎn)布置”； 針對(duì)高密度植被覆蓋區(qū)和重要關(guān)注對(duì)象，利用機(jī)載LiDAR進(jìn)行精細(xì)探測(cè)； 針對(duì)掃描發(fā)現(xiàn)的重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，基于無人機(jī)航空攝影或多技術(shù)手段組合，進(jìn)行深入“剖析”。

3.3 注重交叉學(xué)科應(yīng)用及解譯人員綜合培養(yǎng)

現(xiàn)階段，采用光學(xué)衛(wèi)星、InSAR、LiDAR、無人機(jī)航空攝影等遙感技術(shù)手段進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別工作，主要是基于地表形態(tài)(光學(xué)遙感、LiDAR)和變形特征(InSAR)，信息主要來源于斜坡表部，這就形成了遙感技術(shù)只能進(jìn)行地表探測(cè)，無法深入地下，早期識(shí)別工作也僅停留在地表，不用深入地下研究斜坡內(nèi)部失穩(wěn)模式的誤區(qū)。事實(shí)上，斜坡災(zāi)害的變形和破壞也是由表及里、由內(nèi)到外、由邊界到中部相互影響的。破解地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的難題，需要發(fā)揮交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)，既要解決地表的問題，還要總結(jié)地下的模式； 相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和遙感識(shí)別人員，既要有測(cè)繪遙感相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)該具備地質(zhì)災(zāi)害知識(shí)儲(chǔ)備。

3.4 盡快開展地質(zhì)災(zāi)害信息化獲取能力建設(shè)

現(xiàn)階段，地質(zhì)災(zāi)害隱患的遙感識(shí)別仍然是以人工目視解譯為主，通過近幾年大范圍地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別項(xiàng)目的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)人工目視解譯存在效率低、工作周期長(zhǎng)、識(shí)別精度因人而異、質(zhì)量參差不齊的短板，難以適應(yīng)廣域范圍、海量數(shù)據(jù)的快速識(shí)別，亟需建立一套高效、快速的地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別體系。該體系應(yīng)以計(jì)算機(jī)批量處理和信息化自動(dòng)識(shí)別為主，人工目視解譯為輔助，逐步提高識(shí)別精度，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的信息化批量處理和快速識(shí)別。

4 展望

地質(zhì)災(zāi)害隱患的早期識(shí)別是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的系統(tǒng)工程，精、準(zhǔn)、快是未來的主要工作要求和發(fā)展方向。

(1)空間上，從防災(zāi)減災(zāi)管理和技術(shù)方面來說，斜坡中上部是未來關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域。從近年發(fā)生災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)來看，造成人員傷亡的大型災(zāi)難性事件主要發(fā)育于斜坡的中上部，此區(qū)域常年人跡罕至，特別是退耕還林之后，山區(qū)人口下移，斜坡中上部的細(xì)微變化不易被發(fā)現(xiàn)。

(2)從技術(shù)手段應(yīng)用角度來看，未來主要是以光學(xué)遙感、InSAR、LiDAR、貼近攝影、傾斜攝影等多源技術(shù)手段的綜合應(yīng)用為主，同時(shí)以地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)認(rèn)識(shí)的逐步深入為基礎(chǔ)。

(3)批量化、智能化、周期化是未來主要發(fā)展方向。在現(xiàn)有信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過增加硬件設(shè)施來提升廣域范圍內(nèi)海量數(shù)據(jù)的批處理能力，同時(shí)，基于人工智能和專家判釋模型，逐步提升人工智能化識(shí)別水平。在此基礎(chǔ)上，逐步向地質(zhì)災(zāi)害周期化監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方向邁進(jìn)。

(4)隨著我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域需求的日趨增長(zhǎng)，數(shù)量更多、精度更高、類型更豐富的SAR衛(wèi)星會(huì)被發(fā)射并具備成像能力，將逐步實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候的識(shí)別探測(cè)和實(shí)時(shí)探測(cè)，提升地質(zhì)災(zāi)害隱患的識(shí)別手段和數(shù)據(jù)保障。