遥感在管线地质灾害调查评价中的应用研究

陈冰凌，罗东海

（中煤航测遥感局地质勘查院水工遥感所，西安 710199）

遥感在管线地质灾害调查评价中的应用研究

陈冰凌，罗东海

（中煤航测遥感局地质勘查院水工遥感所，西安 710199）

公路、铁路及长输管线地质灾害调查、评价，采用传统人工调查手段，具有极大的局限性。本文建立了以多源、不同空间分辨率的遥感影像为基础的地质灾害调查评价体系。根据低、中、高分辨率遥感图像以及航摄特点，对线路走廊带区域地质调查、地质孕灾背景调查、单体地质灾害调查、地质灾害分布规律与成灾模式进行了应用研究。结果表明，以多源遥感技术手段为主，地面调查为辅的线路走廊带地质灾害调查评价体系，可以极大地提高地质灾害调查评估质量和效率，为地质灾害危险性评价与预警及灾后评估、治理，提供可靠、有效的工作手段。

长输管线；走廊带；遥感地质；多源数据；地质灾害

0 引言

随着经济建设的运行，公路、铁路及长输管线（油、气管线等）的建设取得了长足进展，此类线路建设项目，在前期的工程可行性研究、设计方案比选受各类环境、地质灾害因素影响，方案变更频繁，工期有限和缺乏数据，造成不能快速高效的完成选线设计和工程地质勘查工作。公路、铁路及长输管线项目建成后的运营阶段，由于线路长，跨越区度大，地质条件复杂，造成线路走廊带内经常发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，对线路运输与沿线人民群众生命财产构成了极大威胁（钟威等，2015）。

传统的线路地质灾害调查以地面调查为主，采用数字化地形地质或工程地质底图作为工作手图，通过走访当地群众、现场调查等方式来实现。人工调查范围窄、外业劳动强度大、工作进度缓慢且质量难以保证。同时，由于视野局限，尤其在地形、地貌、地质、水文、气候等复杂地区，受工作手段限制，调查效率低下，调查质量也难得到保障，甚至会出现遗漏重要地质灾害点的情况，严重威胁线路运营安全。此外，在地形陡峻、交通困难区，仍使用传统地质灾害调查法，导致线路走廊带内地质灾害隐患调查不彻底，甚至可能威胁到地质工作者人身安全（高山，2014）。

针对目前公路、铁路及长输管线走廊带地质灾害评价体系并不完善以及某些关键技术尚未取得有效突破的客观情况，如何准确实现现时性的地质灾害易发区划研究、地质灾害成灾模式与孕灾背景研究，以及地质灾害预防与灾害治理等技术体系研究？

遥感技术特点及其相关的高新技术发展，使得地质灾害遥感调查评价成为可能。当前，随着航空航天遥感技术的不断发展，遥感技术逐渐向多源化发展，形成多传感器、多平台、多角度对地观测。成像也朝着高分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率的方向发展，极大地提高了遥感的观测尺度，对地物的分辨本领和识别的精细程度，可以快速提供多种分辨率对地观测海量数据，充分挖掘和利用遥感技术在地质灾害解译、调查、评价中的应用潜力。随着遥感技术在地质灾害调查、监测、预警、评估、防治中的逐渐应用，将遥感技术引入道路与长输管线建设，无疑具有强烈的现实意义（黄玉华等,2014）。

1 遥感在线路走廊带灾害调查中的优势

利用遥感技术，在地质灾害调查中可快速进行大范围、立体性的灾害监测，获取的信息量大、效率高，适应性强，可以做到动态监测，具体表现在以下几个方面：

（1）获取数据速度快、周期短

采用遥感技术，能及时获取沿线所经区域最新数据，并根据新旧数据变化进行动态监测，可迅速获取研究区存档和编程数据。

（2）获取的数据范围大

线路走廊带，虽宽度较窄，但长度极长，涉及数据范围往往较大。卫星的轨道高度一般均在几百公里以上，卫星遥感可获取更大范围的地面信息。

（3）获取数据不受自然条件影响

传输管线往往需通过不同地貌区，必然会遇到自然条件极为恶劣、人类难以到达的区域，如沼泽、高山峻岭、沙漠等，采用遥感技术可方便及时获取各种宝贵资料。

（4）获取的数据信息量大

根据不同地物的光谱特征差异，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取地物光谱信息。

（5）可获取不同分辨率的数据

根据线路走廊带地质灾害调查需求，可获取低、中、高及超高分辨率影像，从4个层次方面满足不同层次需要。在宏观层次，可选择低分辨率卫星影像；在地质构造复杂、建筑密集的城区、发展变化较大的乡镇及部分水域复杂地段，可选用中等分辨率卫星影像；在地质灾害强烈发育地区，可采用高分辨率卫星影像；在核心区域或者重要工点，可采用无人机遥感技术，对工点进行精细解译（鲍巨才等，2011）。

2 线路走廊带孕灾背景调查与研究

地质灾害发生的影响因素，可以分为内在因素和外在因素。内在因素实际就是地质背景条件，主要有地形地貌、地层岩性、地质构造、坡体结构等因素。区域地质环境背景决定该区域地质灾害的主要灾种、灾害发生的可能性与空间分布规律以及灾害的规模和强度。外在因素即灾害发生的诱发因素，也称触发条件。当地质环境条件具备时，灾害发生与否、何时发生便取决于其诱发因素。灾害发生的触发条件有自然条件与人为条件两类。自然条件主要有地震、降雨、植被变化等；人为条件包括爆破振动、边坡开挖、坡顶堆载、植被破坏、水库蓄水、地下水开采等，孕灾背景调查与研究思路如图（图1）。

图1 孕灾背景调查与研究Fig.1 Background Investigation and Research of disaster

3 线路走廊带单体地质灾害调查与遥感识别

公路、铁路及长输管线线路长，跨越区度大，地质条件复杂，存在的地质灾害类型多样，涉及滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷区、风蚀砂埋及侵蚀坍岸等，其中，滑坡、崩塌及泥石流等为沿线主要地质灾害。

（1）滑坡

滑坡灾害是走廊带发育最普遍的灾种，具有明显的地貌特征。在一定的地形地貌、降水、人类工程活动等条件诱发下，易发生滑坡。滑坡识别的主要目的是自动或人机交互解译可能发生滑坡区域，在遥感图像上其形状有簸箕形、舌形、弧形和不规则形等。规模大小与地质构造有关。将滑坡目视解译的先验知识进行定量描述和表达，通过多源数据融合识别滑坡，从而降低滑坡的误判性，提高滑坡识别率，通过遥感影像地形、地质信息的空间分析，进行滑坡识别。

（2）崩塌

崩塌一般发生在岩性坚硬、节理发育的地区，陡坡周围堆积成岩堆或倒石堆，在遥感图像上崩塌的陡崖色调浅，老的陡崖色调深。在陡崖的一方有浅色调的锥状地形，有粗糙感或呈花斑状锥形。崩塌信息提取主要依靠对已知崩塌的遥感影像进行光谱和纹理特征分析，获取崩塌识别先验知识，然后通过高分辨率影像提取基岩裸露区域(或高反射率区域)，崩塌信息提取的关键是裸露区和弱植被图斑的提取与筛选，以及地形高差产生阴影的去除。

（3）泥石流

泥石流是含有固体物质(泥、砂、石)的山洪,往往都是突然爆发,运动速度和能量均很大,因此破坏性很明显。它在具备泥石流形成条件时，可以缓慢向下流动，也可以在数秒内倾泻而下。遥感影像上泥石流沟一般山坡陡峻，岩石破碎强烈，色调深浅不一，冲沟内有大量松散固体呈浅色，无植被生长。

（4）线路路堑边坡溜坍

线路路堑边坡坡面的松散土体在雨中渗透、软化作用下，强度降低，加之自身重力作用下，极易发生边坡溜坍。另一方面，由于土体中一般都含有孤石，往往边坡溜坍就会诱发落石，特别在高且陡的坡面，溜坍落石对管线的危害特别巨大。

（5）线路路堤边坡溜坍

线路通过山区时，高路堤及半堤半堑路基分布较广，往往由于新施工时填筑质量差，且路基回填土透水性能较差，高路堤边坡因长时间降水后土体含水饱和软化导致强度下降，极易发生边坡溜坍。

（6）断裂构造

断裂构造是影响线路工程基础稳定的主要因素，活动断裂沿线常常伴随着堰塞湖、冲积堆、滑坡、泥石流等不良地质现象。断裂构造的解译标志通过三维遥感图像和山体阴影图的半透明叠加，突出断裂构造信息。同时参考地质图信息，以及经过一定的图像处理方法来锐化线性边缘等生成最终图像，有利于断裂构造信息的提取。

4 地质灾害危险性评价

对地质灾害危险性进行分析、评价时，首先采用专家调查法和层次分析法分析，辨识出影响其危险性的各个因素，建立地质灾害危险性评价指标体系，对各个因素进行比较分析后，将各个因素对地质灾害危险性影响的重要程度进行量化，确定各因素的相对权重，然后将各因素对地质灾害危险性的影响程度分级，并给予一定的分值，确定评分标准，最后根据各因素权重值和各因素实际状况对应的分值，综合计算被评估对象的易发性，按一定的标准进行危险性评价。

针对公路、铁路、长输管线走廊带的地质灾害现状调查与区划，是指在走廊带内，基于地质灾害遥感解译与调查，在查明灾害分布规模、形成原因、发育特点、发育趋势、发育危险性及影响因素基础上，开展地质灾害易发区划与评价，并建立地质灾害综合数据库（图2）。

图2 线路走廊带地质灾害评价因素Fig.2 Geological Hazard Evaluation Factors Line Corridor

地质灾害危险性可分为历史灾害危险性和潜在灾害危险性，重在地质灾害的危害程度。历史灾害危险性是指已经发生的地质灾害的活动程度, 主要体现在地质灾害的密度、规模和频次上。潜在灾害危险性是指具备灾害形成条件的充分程度，形成地质灾害的条件越充分，发生地质灾害的可能性就越大（杨银涛，2013）。

评价重点是直接、间接威胁人民生命财产安全的地质灾害点、地质隐患点；坚持定性分析与定量评价相结合的原则。地质灾害风险性评价的依据主要是滑坡、崩塌的稳定性、泥石流的易发性及其危害程度。综合分析地质灾害演变趋势，并结合地质灾害的危害程度预测、评价地质灾害的危险性（表1）。

控制和影响地质灾害形成的条件很多，常用的地质灾害危险性评价指标包含了地形地貌、地质构造、地层岩性、地震、灾害密度和降雨等诸多指标，将影响地质灾害危险性因素量化叠加。

地质灾害危险区，是指明显可能发生地质灾害且将可能造成较多人员伤亡和严重经济损失的地区，其区域划分应基于地质灾害演化趋势，采用造成损失的地质灾害点，结合地质灾害形成条件与触发因素、演变趋势与人类工程活动，从而圈定不同区域地质灾害的危险程度。因此，可在地质灾害形成条件分析的基础上，采用目标分析方法建立线路走廊带地质灾害危险性评估指标体系（图3）。

表1 地质灾害危险性分级标准及特征表Tab.1 Geological hazard classif i cation criteria and list of features

图3 地质灾害危险性评估指标体系Fig.3 Evaluation Index System danger of geological disasters

5 成灾模式

通过对线路走廊带内地质灾害孕灾背景分析、单体地质灾害调查以及地质灾害危险性评价分区等，对各类地质灾害的成灾模式进行分析，为地质灾害的监测、防治提供对策。

崩塌对线路管道危害的主要表现为破坏交通运输安全，砸坏铁路、长输管道。崩塌体的规模、强度与管道的相对高度、运动方式以及管道上覆土层的厚度等，均会对管道风险的高低产生影响。当线路位于崩塌体正下方时，受垂直冲击作用，线路、人民生命财产等受破坏的风险最高。

滑坡对线路、管道的危害主要表现为：线路、管道位于滑坡下部时，冲毁、埋没线路、管道；线路、管道位于滑坡中部时，因承受运动物质的巨大拖拽力而发生弯曲变形、拉裂甚至整体断裂；线路、管道位于滑坡上部时，造成公路、铁路及长输管线悬空或被拉断。

泥石流对线路的危害，根据线路通过泥石流区域的不同，一般分为两种：第一，线路在流通区通过，泥石流对线路的危害表现为下切侵蚀，造成线路直接破坏、长输管道暴露，使管道遭受泥石流的冲击，泥石流对岸坡的侵蚀可造成坍岸，冲毁线路，使管道暴露或临空；第二，线路在堆积区通过，这种通过方式对线路道的主要危害是泥石流淤埋没线路，影响线路的正常运营，甚至掩埋线路、中断交通。

边坡溜坍主要表现形式为：第一，经过长期阴雨和暴雨侵袭后，黏土质边坡表层土的含水量增大，降低了边坡的抗剪强度，使边坡失去稳定性，进而发生溜坍；第二，施工过程中采用黏土将边坡表层进行覆盖，导致地表水和地下水同时对表层的黏土进行双重影响，产生溜坍。边坡溜坍一方面破坏植被，影响环境；另一方面造成交通中断，影响线路正常运行，带来重大经济损失，特别是对铁路运输，为了规避行车事故，必须要进行提前预防。

6 结论

以上研究表明，基于现代遥感对地观测技术和大比例尺解译技术研究，提出以多源遥感技术手段为主，地面调查为辅的线路走廊带地质灾害调查评价方法，突破了传统公路、铁路与长输管线等带状工程地质灾害调查与危险性评价方法，可以满足线路走廊带地质灾害调查、监测与灾害治理的需求，减少外业工作量，提高灾害调查、评价以及灾后治理等效率和质量；综合考虑地质灾害的易发性、线路易损性，选取简单、易于操作的指标体系法进行危险性评价。从合理与实用的角度出发，建立了线路典型地质灾害危险性评价指标体系，使得地质灾害危险性等级评定更加合理有效，为线路走廊带典型地质灾害的安全防护，提供了理论依据。随着研究的不断深入，遥感技术在线路走廊带地质灾害调查评价中的作用将更加突出。

鲍巨才，张秀敏，2011. 常见地质灾害的遥感图像解译标志[J].科技信息，28(10)：799.

高山，2014. 铁路遥感地质勘察技术体系研究[J]. 铁道工程学报，31(4)：6-10

黄玉华,冯卫,李政国，2014. 陕北延安地区2013年“7.3”暴雨特征及地质灾害成灾模式浅析[J].灾害学,29(2)：54-59.

杨银涛，2012. 青藏走廊带道路工程地质灾害孕育环境分析和危险性评价[D].长安大学.

钟威,高剑锋，2015. 油气管道典型地质灾害危险性评价[J].油气储运，34(3)：934-938.

Study on the Remote Sensing Applied to Investigate and Evaluate the Geological Hazards along Pipelines

CHEN Bingling, LUO Donghai

(Xi'an Meihang Remote Sensing Information Co. Ltd., Xian 710199)

For the investigation and evaluation on the geological hazards along roads, railways and longdistance pipelines, it is great limited to adopt the traditional investigation methods. This paper has established the investigation and evaluation system on the geological hazards according to remote sensing images of multisource and different spatial resolution. That is to say, according to the low, medium and high resolution remote sensing images and aerial characteristics, along the line corridors, we have done the regional geological survey and potential geological hazard background research, monomer geological disaster investigation, distribution laws and forming model of geological hazards in this paper. Results show that this investigation system can greatly improve the quality and efficiency for hazard investigation, and it plays important roles in the geological disaster risk assessment, early warning, and post-disaster evaluation and administration.

Long-distance pipelines, Corridors, Remote sensing geology, Multi-source data, Geological disasters

P 694；TP79

A

1007-1903（2017）01-0106-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.01.019

基于空间信息技术的智能管道运行管理模型研究。

陈冰凌(1973- )，男，高工，从事水工环遥感地质调查、资源勘查、地理信息系统应用等方面的工作。E-mail：chbl-2008@163.com