基于遙感測(cè)繪技術(shù)的典型地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用分析

劉莉 LIU Li

（山東省莒縣第四中學(xué)，日照 276500）

0 引言

在人類賴以生活的地球上，地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地球生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞的同時(shí)，也成為威脅人類生產(chǎn)、生活的重要因素[1-3]。就我國(guó)而言，廣闊的地貌構(gòu)造、復(fù)雜的地形特征決定了我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)，加之過去較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)粗放型經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致自然環(huán)境惡化，進(jìn)一步加劇了地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性、持續(xù)性和破壞性。因此，行之有效的監(jiān)測(cè)技術(shù)勢(shì)必會(huì)降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性[4-5]，尤其在習(xí)近平總書記關(guān)于“綠水青山就是金山銀山”的論斷背景下，發(fā)展針對(duì)典型地質(zhì)災(zāi)害的高精尖監(jiān)測(cè)技術(shù)及有效治理方案，對(duì)于地質(zhì)工程的安全施工和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長(zhǎng)效發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。

以遙感技術(shù)為代表，遙感技術(shù)是一種對(duì)地面各種景物進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的綜合技術(shù)，由于其強(qiáng)時(shí)效性、高信息量等特點(diǎn)，能夠提供比較全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，并且可以較真實(shí)、形象地還原地形、地貌狀態(tài)，可以有效提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度，幫助地質(zhì)災(zāi)害治理人員第一時(shí)間落實(shí)防治措施[6-7]。隨著工業(yè)技術(shù)及機(jī)械制造水平的不斷提高，我國(guó)的遙感技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，其綜合水平逐步向國(guó)際先進(jìn)行列邁進(jìn)。在地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查中越來越得到推廣和應(yīng)用，逐漸形成了較為完善的遙感技術(shù)體系，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者在遙感測(cè)繪技術(shù)方面開展了廣泛的研究工作[8-10]。

我國(guó)作為一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的開采力度加大。然而，在實(shí)際的礦產(chǎn)開采、監(jiān)測(cè)與核查工作中，有關(guān)礦山開采監(jiān)測(cè)與測(cè)繪更多地依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)或者傳統(tǒng)的測(cè)繪手段，使得礦山開采監(jiān)測(cè)測(cè)繪技術(shù)無法得到實(shí)質(zhì)性發(fā)展。由此，本文以礦山災(zāi)害這種典型的地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象，分析了遙感測(cè)繪技術(shù)在其監(jiān)測(cè)和治理方面的應(yīng)用。

1 遙感測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用分析

1.1 研究區(qū)域

地質(zhì)災(zāi)害是指地質(zhì)體在自然力或人為因素等驅(qū)動(dòng)作用下發(fā)生的地層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象，這類災(zāi)害現(xiàn)象一般具有不確定性和無規(guī)律性。尤其在我國(guó)的礦產(chǎn)資源開采過程中，復(fù)雜的地質(zhì)特征極易引發(fā)一系列安全、環(huán)境等問題，并進(jìn)一步惡化為多樣的地質(zhì)災(zāi)害。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)體系決定了我國(guó)在礦山開采過程中導(dǎo)致的礦山地質(zhì)災(zāi)害成為我國(guó)典型地質(zhì)災(zāi)害代表類型。由此可見，在保證我國(guó)礦山開采健康發(fā)展方面，地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)技術(shù)起著關(guān)鍵性作用。

如圖1 所示為我國(guó)華北地區(qū)某露天礦坑的遙感圖像，該區(qū)域內(nèi)由于露天采礦形成了較大的礦坑，此外，該地區(qū)主要的地質(zhì)構(gòu)造以斷層和褶皺為主，在雨水、風(fēng)化等作用下極易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。研究表明，不同的地質(zhì)類型在遙感圖像上呈現(xiàn)出不同的特征，為了進(jìn)一步判斷易發(fā)災(zāi)害的類型和分布特征，需要對(duì)遙感圖像進(jìn)行解譯。

圖1 露天礦遙感影像

1.2 遙感數(shù)據(jù)分析

在遙感測(cè)繪技術(shù)支持下，對(duì)遙感影像的解譯需要從信息數(shù)據(jù)、人機(jī)交互翻譯和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)提取、室內(nèi)綜合研究和實(shí)地考察多方面相結(jié)合的方式。

如圖2 所示，在本次解譯工作中，對(duì)應(yīng)于崩塌、滑坡和泥石流三類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域的地形地貌特征，在遙感圖像中呈現(xiàn)出差異化。其中，崩塌災(zāi)害多發(fā)生于陡壁上，崩塌體堆積，表面呈現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象；滑坡災(zāi)害處的地形較為破碎，起伏不平，隨處可見裂縫分布；泥石流災(zāi)害區(qū)域存在嚴(yán)重的風(fēng)化現(xiàn)象，并且山坡較為陡峭。由此，根據(jù)每種地質(zhì)災(zāi)害解譯特征，在本遙感圖像范圍內(nèi)，顯示共存在17 個(gè)崩塌災(zāi)害區(qū)、11 個(gè)滑坡災(zāi)害區(qū)和8 個(gè)泥石流災(zāi)害區(qū)。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)

圖3 給出了滑坡、崩塌、泥石流三類災(zāi)害的面積統(tǒng)計(jì)分布。由此可知，在該露天礦區(qū)，以崩塌災(zāi)害為主，占到了該遙感圖像區(qū)域內(nèi)災(zāi)害事故的47.2%，故需要從崩塌災(zāi)害特征出發(fā)，采取有針對(duì)性的治理措施，以更大程度上降低治理成本。

圖3 典型地質(zhì)災(zāi)害面積統(tǒng)計(jì)分布

為進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，避免錯(cuò)過最佳的災(zāi)害治理時(shí)間，結(jié)合各類型地質(zhì)災(zāi)害的分布區(qū)域、規(guī)模范圍和擴(kuò)展趨勢(shì)等因素，確定其發(fā)生和擴(kuò)展的穩(wěn)定性，將36 個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)劃分為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)三類，見表1。由此可知，該露天礦區(qū)各類災(zāi)害高易發(fā)面積占到了59.7%，并且以崩塌災(zāi)害為主，而中易發(fā)和低易發(fā)分別占到了24.3%和16.0%?？傮w分析表明，為保證安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值，需要重點(diǎn)采取針對(duì)崩塌災(zāi)害事故的治理措施。

表1 研究區(qū)域內(nèi)各類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度

2 人工智能時(shí)代遙感測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展

遙感測(cè)繪技術(shù)就是遙感技術(shù)在測(cè)繪方面的推廣和應(yīng)用，在地質(zhì)災(zāi)害中，考慮到遙感測(cè)繪技術(shù)具有宏觀性強(qiáng)、非接觸性強(qiáng)、觀測(cè)及時(shí)性高等特點(diǎn)，可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效調(diào)查和數(shù)據(jù)分析。尤其在人工智能時(shí)代，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來越系統(tǒng)。

2.1 遙感測(cè)繪技術(shù)在典型地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

2.1.1 山體滑坡災(zāi)害

滑坡災(zāi)害就是指斜坡上的土體或巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象?；聻?zāi)害由于其突發(fā)性、危害性和隱蔽性，成為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防控制的主要內(nèi)容之一，尤其在露天礦上開采過程中，滑坡災(zāi)害是最常出現(xiàn)的災(zāi)害事故。針對(duì)滑坡災(zāi)害事故的特點(diǎn)，遙感測(cè)繪技術(shù)可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)較全面的監(jiān)測(cè)，并且可以根據(jù)遙感圖像的形狀、灰度、地表等特征的差異進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而判斷滑坡災(zāi)害孕育和發(fā)生過程，發(fā)揮提前預(yù)警的作用。

2.1.2 巖層塌陷災(zāi)害

近些年來，隨著礦產(chǎn)資源開采規(guī)模、開采力度的不斷增大，以地下井工開采為例，礦區(qū)范圍內(nèi)形成了較多的塌陷區(qū)。巖層塌陷災(zāi)害對(duì)礦區(qū)的危害較大，成為影響礦區(qū)安全的重要隱患，威脅礦產(chǎn)資源安全生產(chǎn)。在礦山塌陷區(qū)，根據(jù)地表塌陷深度的不同，可通過遙感測(cè)繪技術(shù)將塌陷區(qū)域的圖像呈現(xiàn)出來，并根據(jù)圖像明暗的差異性對(duì)塌陷區(qū)的塌陷程度和范圍進(jìn)行判斷和識(shí)別。

2.1.3 地表裂縫災(zāi)害

地表裂隙主要是指礦山開采過程中，由于地面的不均勻沉降導(dǎo)致的地面開裂，小的裂縫縱橫交錯(cuò)、大的裂縫甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)展成為地表沉陷，很大程度上危害著礦區(qū)的安全。由于地表裂縫分布的無規(guī)律性、復(fù)雜性等原因，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法往往需要耗費(fèi)大量的人力、物力，并且不能保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。遙感測(cè)繪技術(shù)由于其全局的監(jiān)測(cè)，能夠根據(jù)圖像的變化特征較好地體現(xiàn)更廣范圍內(nèi)的地表裂縫分布，發(fā)揮良好的監(jiān)測(cè)效果。

2.2 基于人工智能技術(shù)的遙感圖像解譯

隨著移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)形態(tài)的轉(zhuǎn)變和升級(jí)，遙感測(cè)繪技術(shù)也亟需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。以人機(jī)物三元世界為例，即物理世界、人類社會(huì)、信息空間三元素形成的動(dòng)態(tài)關(guān)系，如圖4 所示。由此，在人工智能時(shí)代背景下，遙感測(cè)繪技術(shù)既面對(duì)著挑戰(zhàn)，又迎來了機(jī)遇。人工智能的主要內(nèi)容是通過一定的技術(shù)方法，讓機(jī)器具備一定的思維能力，其在遙感測(cè)繪技術(shù)方面的應(yīng)用更多地需要完善攝影測(cè)繪遙感工作模式，加強(qiáng)其在遙感測(cè)繪應(yīng)用過程中的時(shí)空大數(shù)據(jù)認(rèn)知和推理能力。

圖4 物理世界、人類社會(huì)、信息空間的關(guān)系

如圖5 所示，在人工智能時(shí)代背景下，融合三元世界的遙感測(cè)繪技術(shù)主要包含兩方面的內(nèi)容。一方面，采用數(shù)據(jù)量測(cè)、圖像遙感、戶外調(diào)查等獲取外界的物理信息；另一方面，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)智聯(lián)、智能導(dǎo)航等獲取人類活動(dòng)的社會(huì)信息。依據(jù)獲取的這些信息，加以整合和處理，形成多人、多機(jī)、多物的時(shí)空大數(shù)據(jù)庫，輔助遙感測(cè)繪過程的決策。

圖5 基于人工智能的遙感圖像解譯流程

3 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及遙感技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用情況，結(jié)合山體滑坡、巖層塌陷、地表裂縫三類典型礦上地質(zhì)災(zāi)害的特征，開展基于遙感測(cè)繪技術(shù)的典型地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法，對(duì)保證礦山安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)際價(jià)值。此外，考慮到人工智能時(shí)代的到來，遙感測(cè)繪技術(shù)也需要不斷地創(chuàng)新和發(fā)展，才能應(yīng)對(duì)新時(shí)代的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。