北京地质环境遥感调查与监测应用研究

王 颖

（北京市地质研究所，北京 100120）

北京地质环境遥感调查与监测应用研究

王 颖

（北京市地质研究所，北京 100120）

遥感技术具有宏观、快速、准确、动态、多时相等特点和优势，可以为城市地质环境调查提供有效的技术方法和研究手段。本文主要结合北京地质环境及其调查监测工作，对地质环境遥感调查与监测应用性进行了分析和研究。

地质环境；遥感调查与监测应用

1 遥感技术已广泛应用于地质环境调查

遥感是利用航天或航空遥感器对陆地、海洋、大气、环境等进行监测与测绘的综合性高新技术。自20世纪70年代以来，伴随航天技术的发展，遥感技术也由航空摄影阶段迅速发展到航天卫星遥感阶段。

信息技术和传感器技术的飞速发展丰富了遥感数据资源，美国、俄罗斯、日本、欧空局、中国、法国、印度等国相继研制并发射了地球遥感卫星，形成了多个资源（陆地）卫星系列。

随着不同光谱、空间、辐射、时间分辨率传感器的相继使用以及遥感应用模型和相关学科的发展，遥感已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。主导地质调查和地学研究的“3S”技术，已广泛应用于国土资源调查、环境调查与监测、水文调查、地学研究等领域。

2 北京地质环境问题及其调查监测工作概况

（1）北京地质环境问题

北京平原地处华北平原西北端，三面环山，地势西北高东南低。近年来，随着城市建设的迅速发展，人口剧增，工程活动很多，致使北京城市地质问题日益突出，甚至引发了一些地质灾害，给城市经济可持续发展及人民生活造成了不可忽视的有害影响。

北京山区的地质灾害主要为崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷，北京平原地面沉降已经引起关注。地质灾害常造成人员伤亡和财产损失。

北京山区采矿历史已有百余年，矿山常常占用大量土地、破坏植被、污染矿区周围地表水，给山区脆弱的生态环境带来了一定威胁。

（2）北京地质环境调查监测工作概况

针对目前存在的地质环境问题，北京市已经先后开展了地质环境调查监测工作。但在工作中还存在一些不足，如调查技术手段和工作方法单一；地质环境动态调查监测周期长，难以实现数据快速更新对地质灾害突发事件预测、预报精度不够等等。

遥感技术具有快速、动态、宏观、准确、多时相等优势，解决了工作中“点”代“面”的监测问题，是地质环境调查监测的重要手段，具有良好的应用前景。我们在这方面已经起步，正在努力学习国内外有关先进技术，以提高北京地质环境调查监测工作的科学水平。

3 北京市地质环境遥感应用前景和应用实例

3.1 北京市遥感数据资源丰富

（1）定期大比例尺航片

2000年以后，北京开始每年进行一次航拍，目前存有2001~2006年六环区域内1:2000和全市域1:10000的正射航空影像数据（真彩色）。

（2）全市域多类型、多波段、多时相的卫星数据

北京拥有大量多时相、覆盖全市域的商业卫星数据，多光谱MSS、TM、ETM、ETM+、SPOT2、SPOT 4、ALOS、中巴资源卫星数据；高分辨率数据SPOT5、IKONOS、QUICKBIRD、ERS，一些数据涵盖可见光、近红外、热红外等波段。

（3）短周期小卫星数据

2006年以后，北京开始接收“北京一号”小卫星数据应用于奥运期间及以后的城市基础设施建设及管理、资源环境调查监测、地质灾害预测预报等项目。其数据重返周期较短，在5~7天左右；多光谱数据幅宽600km×600km，一景数据可以覆盖全市，全色数据幅宽24km×24km，56景数据覆盖全市。

（4）珍贵的历史航空影像数据

北京存有大量的上世纪50~80年末的历史航空影像数据，如1∶2.5万北京山区黑白航片，1∶1万、1∶2千覆盖全市的真彩色航片，1∶6.7万的全市彩红外航片等。

3.2 遥感技术为地质环境研究提供技术支持

（1）多源遥感处理技术的成熟应用

近年来，遥感图像处理方法逐渐走向实用化、产业化阶段。从早期广泛使用的人工目视遥感解译到现在的自动计算机算法图像处理，大大带动了遥感技术的深度应用和准确度提高。遥感数据的图像校正、图像增强、多源遥感数据融合、图像分类、生物物理建模，海量遥感数据的存储、管理、压缩等图像处理技术，取得了突破性的进展，并进入实用化阶段。多源遥感处理技术的成熟应用可以有效提取地质环境的相关信息，使其研究更加深化。

（2）RS与GIS、GPS集成及综合应用

遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）3种技术集成为“3S”技术。在“3S”技术集成中，遥感用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信息；地理信息系统是对多种来源的时空数据进行综合处理分析和应用的平台；全球卫星定位系统主要用于实时、快速地提供目标物的空间位置。遥感、地理信息系统、全球定位系统三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析与应用运行系统。

目前，“3S”技术已经不仅仅是指遥感、地理信息系统、全球定位系统三者，而是泛指遥感技术与其他新技术的结合，包括与传统技术方法的有机结合。3S技术的集成和综合应用可以有效完成数据的空间分析、海量数据存储管理等，为地质环境研究提供了技术保证。

3.3 北京市地质环境遥感技术应用实例

（1）地质灾害调查与监测

随着遥感技术及其他相关高新技术的高速发展，地质灾害遥感应用已经由常规遥感调查步入全面动态监测阶段。遥感技术可以贯穿于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程。突发性地质灾害遥感应用，主要是针对泥石流、滑坡及崩塌等地质灾害的调查、动态监测与预警，通过遥感影像可以直观的识别出崩塌、泥石流、采煤区的采空塌陷等灾害体及其影响范围、发生的地质环境等。

北京市先后对怀柔山区的崩塌、泥石流及房山煤矿地区的采空塌陷等灾害进行了航空遥感调查，图1、2、3所示。特别是从房山煤矿地区采空塌陷航空影像图中，已经明显看出塌陷坑呈线状分布的状况。

图1 北京怀柔山区崩塌影像

图2 北京怀柔111国道边的泥石流影像

图3 北京市房山区史家营采煤区的采空塌陷影像（红外航片）

（2）矿山环境监测

矿产资源开发不仅占用大量耕地，破坏生态环境，而且常常造成地下水污染，引发滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等次生地质灾害，甚至诱发地震等重大灾害。近年采用高光谱高空间分辨率遥感数据，在部分矿区开展了矿山开发环境遥感监测试点和应用示范，取得了良好效果。

北京市利用航片对冯家峪铁矿进行了近30年的矿山环境变化动态监测，图4所示，图中能够可以明显看出冯家峪地区从未开采—无明显开采—大规模开采的一个动态变化过程。

图4 冯家峪铁矿矿山环境变化影像

（3）地面沉降监测

地面沉降是我国部分平原城市的地质灾害问题。2007年采用InSAR技术监测北京来广营地区地面沉降，查明来广营地区2004年1月14日到2005年3月9日间之最大沉降量达到110mm，其分布面积较大，见图5。

（4）生态地质环境监测

由地质营力诱发的生态环境变化和效应一直备受瞩目，我市在生态地质环境遥感应用方面取得了明显成效。

1991年我市利用ETM影像对密云水库暴雨前后进行了泥沙混浊量的动态监测，见图6所示。2002年我市又利用TM影像数据（图7）对北京湿地进行动态监测，重点查明湿地的分布、面积等信息，通过遥感解译得到2002年北京地区湿地景观格局分布图（图8），为北京湿地环境保护提供可靠数据。

图6 密云水库暴雨前后水质(ETM＋)影像对比

图7 2002年北京市TM影像图

图8 2002年北京地区湿地景观格局分布图

4 北京地质环境遥感调查与监测前景展望

鉴于目前我们拥有丰富的遥感数据资源，我市可以进一步开展地质灾害、矿山环境、地面沉降、生态地质环境等方面的遥感调查与监测等工作。

（1）突发地质灾害遥感调查监测、预警与评估

北京地区的突发性地质灾害以山区崩（滑）塌、泥石流、采空塌陷为主。在遥感影像上可以直观识别出崩塌、泥石流、塌陷等灾体发育状况、影响范围等。可利用多时相的SPOT、IKONOS、QUICKBIRD、“北京一号”等高分辨率卫星遥感数据，辅以航空遥感数据，进行信息提取，并结合GIS技术和相关地质知识对泥石流、采空塌陷等突发性地质灾害进行实时或准实时的灾情调查、动态监测和损害评估。

（2）矿山环境监测

利用多时相的QUICKBIRD、“北京一号”等高分辨率卫星遥感数据，对矿区的矸石堆、废矿尾矿、水、土、植被等进行动态监测，监测违法采矿情况；利用高光谱遥感数据监测矿区环境污染程度及矿山环境恢复情况。

（3）地面沉降监测

采用InSAR技术可以监测各种类别的地面沉降，如平原区超采地下水引起的地面沉降、采矿塌陷引起的滑坡和地面塌陷、地下管线破裂和地下工程施工引起的地面塌陷等。

（4）地质环境评价

利用IKONOS、 QUICKBIRD、“北京一号”等高分辨率卫星数据，通过提取、研究地形地貌、地质背景、工程岩组、地质灾害、固体废弃物处置、水体森林植被、人类工程活动等动态信息，对城市、河流流域、自然保护区、风景名胜区的生态地质环境，进行地质环境评价。

遥感调查与监测技术的发展，已经进入动态、快速、多平台、多时相、高光谱高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。它可以快速实现北京地质环境问题的多层次、全方位综合调查，其成果可以为制定城市国民经济和社会发展国土资源及生态环境的综合整治，提供科学依据。随着遥感信息数据处理技术不断提高，首都地质环境遥感技术的应用空间会越来越广阔。

[1]鞠建华,李加洪,李志忠等.资源环境与遥感.北京.地质出版社,2005,6.

[2]王 平,李志忠,王永江等.国土资源遥感技术发展文集.长春:吉林大学出版社,2006,5~9.

[3]甘甫平,王润生.高光谱遥感技术在地质领域中的应用.国土资源遥感,2007,4:14.

The Capital Geological Environment Testing Research on Remote Sensing Surveying and Monitoring

WANG Ying
(Beijing Institute of Geology, Beijing 100120)

The remote sensing is characterized by macroscopic, fast, accurate, dynamic and realtime superiority, which can provide convenient, speedy and effective technique method and research measure on the surveying and monitoring city geological environment. Through the introduction of the present remote sensing development and the applied examples of geological environment, and combining with the problems on surveying and monitoring Beijing geological environment, we have carried on the testing research on the capital geological environment remote sensing investigation and monitoring.

geological environment; remote sensing investigation and monitoring

X87

A

1007-1903(2009)02-0035-05

王 颖，女（1981－），主要从事遥感、GIS技术在环境、地质等方面的应用研究。Email:star.wy@163.com