遥感技术在牡丹江城市地质调查中的应用

宋立东　佟智强　曹会　温秋园

摘 要：遥感技术是城市地质调查工作中必不可少的手段，遥感技术依靠其空间、信息、动态监测等优势为城市地质调查工作提供可靠保障，在地层岩性识别、第四纪地貌划分、自然资源调查监测、地质灾害调查、地质遗迹调查等方面应用广泛。本文以牡丹江市为例，利用遥感解译获取牡丹江市2019年土地利用类型，并与2009年土地利用进行对比，分析得到牡丹江市近十年来土地利用变化情况，为牡丹江市自然资源管理提供基础数据。遥感技术优势明显，为地质工作的开展提供了新思路，在城市地质调查中，遥感技术侧重于地表基础数据获取，与其他地下探测技术相结合，能够更好地服务于城市地质调查。

关键词：遥感技术;城市地质调查;资源环境

Abstract： Remote sensing technology is an indispensable method in urban geological survey. Relying on its advantages of space， information and dynamic monitoring， remote sensing technology provides reliable guarantee for urban geological survey. It is widely used in stratum lithology identification， Quaternary geomorphology division， natural resources survey and monitoring， geological disaster survey， geological heritage survey and so on. In this paper， taking Mudanjiang City as an example， the land-use types of Mudanjiang City in 2019 are obtained by remote sensing interpretation. By comparing with the land-use in 2009， the land-use change in Mudanjiang City in recent ten years is analyzed， which provides basic data for natural resource management of Mudanjiang City. Remote sensing technology has obvious advantages， which provides a new idea for the development of geological work. In urban geological survey， remote sensing technology focuses on the acquisition of surface basic data， combined with other underground detection technology， so it can better serve the urban geological survey.

Keywords： remote sensing technology; urban geological survey; resources and environment

0 前言

遙感技术作为一门地质调查工作手段，在20世纪50年代开始逐渐应用到地质工作中，70年代末，我国引入了卫星遥感的工作方法，随后在地质调查工作的各个领域得到广泛应用。经过几十年的发展，遥感技术手段逐渐成熟，从最初的遥感地质解译逐渐应用到国土资源、矿产、农业、气象、水利等多个方面，遥感技术的追踪溯源功能以及对野外调查工作依赖性的降低使其在地质调查工作中大放异彩，与其他地质调查手段一样，在地质工作中发挥着重要作用，遥感技术已经成为地质调查工作中必不可少的手段之一。随着国家现代化发展和人民日益增长的生活需求，城市发展建设进入空前发展时期，同时各种城市环境问题也伴随而来，对于经济发展速度较快地区，城市地质调查工作需求越来越迫切。城市地质调查工作是城市规划建设的重要基础，对于保护城市生态环境，提高城市治理能力，促进城市可持续发展，推动建设新型化城市具有重要的现实意义和战略意义。

1 城市地质调查

我国城市地质调查工作起步较晚，早期的城市地质调查工作主要以调查城市的工程建设条件为主，中期的城市地质调查工作开始向城市地下空间探测方面过渡，后期逐渐形成地下空间资源利用、水文地质、环境地质、灾害地质、自然资源等多要素综合调查体系。2004—2009年，完成了上海、北京、天津等城市的三维地质调查试点工作，从2009年开始，先后完成福州、厦门、泉州等28个城市地质调查工作（张茂省等，2018）。2017年，原国土资源部中国地质调查局发布了《城市地质调查总体方案》（2017—2025），城市地质调查工作的总体任务是完成城市1∶50 000万基础性综合地质填图，开展城市地质调查示范工作，构建系统完备的城市地质调查工作体系和技术体系。城市地质工作内容主要包括三维城市地质调查与信息服务平台建设、地质灾害调查、环境质量及地球化学调查、地质资源调查、资源环境承载力评价等。

2 遥感技术在地质调查中的优势

2.1 空间优势

遥感技术的空间优势明显，覆盖范围广，采集数据快，能够同步观测一定范围内的地质现象;受地面条件限制少，对于自然条件恶劣、地面工作难以开展的地区，如高海拔山区、沙漠、沼泽等，通过遥感技术手段，能够比较容易的获取地质信息，节省了大量人力、物力，提高了工作效率，同时也能够有效的保护地质工作者的生命安全。

2.2 信息优势

遥感技术手段丰富，可获取的信息量大，利用遥感影像可直接提取地质信息，利用不同的波段和遥感仪器等，获取的信息也各不相同，这些信息能够在宏观上刻画出地物之间的联系和区别，而这些地质特征在野外调查中很难被发现，如地质界线、断裂带等，通过遥感技术在岩性识别、地质界线划分、矿化信息反演等方面的应用，能够为地质工作带来极大的便利，充分发挥遥感技术的信息优势。

2.3 动态监测优势

遥感技术的动态监测优势主要体现在遥感影像数据的连贯性和调查监测的便捷性。遥感卫星以“天眼”观世界，自有遥感卫星以来，对地球的观测就不曾间断，可以观察过去有图像记录时刻的地质现象，也能观察不同时间节点上的地质现象等，通过对同一地区的周期性、重复性的遥感监测，能够发现并追踪地质现象的变化规律和特征，尤其是在城市扩张的动态监测方面，遥感技术为地质环境动态监测提供了极大的方便。

3 遥感技术在城市地质调查中的应用

3.1基础地质调查

遥感技术应用于地层岩性的解译经过长期的探索研究已经趋于成熟，从影像预处理、岩性信息增强到解译识别，形成了相对系统的技术方法体系。而地质构造的遥感解译主要以线性构造、环形构造为主，通过遥感影像，能够以宏观的角度观察地质现象，往往可以识别区域内大的断裂构造，然而其在野外调查中却很难被发现。Gasmi等（2016）利用主成分分析和支持向量机方法对ASTER数据进行处理，开展地质填图，取得了较精确的解译成果。城市地质调查以地层岩性和构造等基础地质调查资料为基础，从地质角度阐释区域的稳定性特征，为地下空间稳定性评价分层提供数据支撑，为工程地质、水文地质调查及钻探布孔提供参考。

3.2 第四纪地质调查

利用遥感影像上岩性和岩相标志与地貌标志进行第四纪地层划分，是遥感技术在第四纪地质研究的主要应用之一（潘天录，2011）。第四纪沉积物由于形成时间较新，在遥感影像上的呈现的颜色、纹理特征有其独特性，为第四纪沉积物的遥感识别提供了可能。第四纪地质调查是水文地质、工程地质调查的基础，通过遥感影像解译划分第四纪地层，分析沉积环境，为第四纪地质资源开发利用提供参考，为地下空间分层提供依据。

3.3 资源环境调查

遥感影像，通俗来讲即是遥感卫星给地球拍摄的照片。通过遥感影像识别地表物体合情合理，但由于传感器、天气等原因，影像卫片的可分辨程度还存在一定差距，在解译中需要人为干预确定地物的类别。遥感技术在全国土地调查、自然资源调查、矿山环境监测等方面都取得了较好的应用。通过多期遥感数据解译对比能够有效监测出土地利用类型变化以及城市扩张信息，为城市发展规划提供宝贵资料（Mundia，et al.，2005）。

自然资源调查监测是城市地质调查的基础任务，利用遥感影像通过人机交互式解译获得地表土地利用类型，查清区域内自然资源本底数据，掌握自然资源禀赋，分析自然资源动态变化规律，为生态环境保护及资源合理开发利用提供建议。利用高分辨率遥感数据，开展主城区垃圾、固体废弃物等环境地质要素解译，初步掌握主城区地质环境问题，为建设绿色城市提供基础数据。

3.4 地质灾害调查

在城市建设过程中，如果不进行充分的地质调查而随意施工，很有可能会造成地质灾害的发生，如地面塌陷、地裂缝等（吴亮，2019）。滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发生也会严重威胁到人们的生命财产安全，破坏城市生态环境。由此可见，地質灾害调查是城市地质调查中的重要一环。遥感技术在地质灾害调查方面的作用主要体现在地质灾害现状调查、监测预警和评估评价方面（黄秋倩等，2016）。丁辉等（2018）利用IKONOS影像与DEM数据叠加生成三维遥感影像图，对陕西华县莲花寺高速远程滑坡进行了研究。采用航天遥感与航空遥感相结合的手段，实现了地质灾害在宏观与微观特征信息的解译。利用多期次遥感影像解译，总结地质灾害演化的总体趋势和活动规律，对隐患较高的地质灾害进行重点监测，构建地质灾害预警网络，为防灾减灾提供依据。

3.5 地质遗迹调查

地质遗迹是地质活动的产物，主要包括地貌景观、岩层剖面、重要水体等，是不可再生资源，经过适度的开发可以成为人们游览观光之地，也可以成为科普教育之所。通过遥感影像解译与野外验证工作相结合，系统的认识地质遗迹的类型、位置和展布特征等，初步掌握地质遗迹的保存现状，利用多期次遥感影像开展地质遗迹动态监测，总结地质遗迹的成因及发展演化规律，为地质遗迹的开发保护利用提供基础数据。李鹏举等（2016）以川南丹霞地貌最丰富的泸州市为研究区，通过岩石光谱特征、遥感影像和数字高程信息等指标，自动化识别符合要求的地质遗迹区域，结果识别出多处已开发的丹霞地貌景点，初步探索出一套遥感技术在地质遗迹调查中的应用体系。通过地质遗迹调查研究，开展旅游地质科普，能够促进城市经济发展，增强城市文化底蕴，推动城市可持续发展。

3.6 三维城市地质建模

随着无人机倾斜摄影测量技术的兴起，通过无人机采集多角度影像，获取地面物体精准信息，并进行实景三维地质建模逐渐成为人们研究的热点。褚杰等（2017）依托襄阳市“一场三站”三维建模项目，分析了无人机倾斜摄影测量建模技术的优势，针对此技术对城市信息化建设的应用前景进行了探讨。通过三维地质建模，将遥感GIS、计算机网络、数据库等技术有机统一，实现城市地下与地上空间信息的匹配融合，使城市智慧化、透明化、信息化。城市三维地质建模为城市地质调查工作提供了平台，实现了调查成果的可视化、矢量化，使城市地质调查成果能够更好的应用到城市发展建设中，为城市可持续发展提供科学依据。

3.7 国土空间规划

在国土空间规划方面，遥感技术为资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价工作提供了有效便捷的技术手段。利用GIS技术开展环境、地质、岩土条件等适宜性评价，分析存在的地质环境问题，为城市工程建设选址提供依据（Youssef，et al.，2011）。张茂省等（2019）提出基于短板-边际-风险理论的资源环境承载力和基于负面清单的国土空间开发适宜性评价理论与方法，以土地斑块为评价单元，完成了延川县的双评价。以空间分析为基础，开展土地、水、环境、生态、灾害承载力单项评价，进行国土空间适宜性评价分区，为科学划定生态保护红线、永久基本农田保护红线、城镇开发边界提供依据，统筹优化生态、农业、城镇等空间布局提供支撑。

4 遥感技术在牡丹江城市地质调查中的应用实例

在牡丹江多要素城市地质调查工作中，以遥感技术手段为主开展了牡丹江市土地利用现状调查及动态监测、地质解译及资源环境承载力评价等工作。

利用2019年Sentinel-2遥感影像数据，采用人机交互式解译方法，参照GB/T 21010-2017《土地利用现状分类》分类标准，对牡丹江市域土地利用类型进行了解译，得到包括林地、草地、耕地等12个类别的地表土地利用类型分布图。根据解译成果，基本掌握了牡丹江市自然资源家底及禀赋特征。通过与2009年全国第二次土地调查数据对比发现（图1），牡丹江市耕地面积逐渐减少，林地面积逐渐增加，建设用地面积逐渐增加，体现了退耕还林政策的有效实施以及城市发展建设规模的扩大，遥感技术的动态监测优势在土地利用监测方面得到了充分的体现。

5 结论

遥感技术在城市地质调查工作中優势明显，遥感技术在空间、信息、动态监测等方面能够为地质工作提供有效的方法手段，开拓了地质工作的新思路。在宏观尺度上，主要开展研究区范围的土地利用类型、地层岩性遥感解译等，在微观尺度上，主要开展地质遗迹点、地质灾害点等大比例尺遥感解译。同时，遥感技术在城市地质调查中也存在一些不足，如在城市地下空间探测方面略显乏力，受技术手段限制，遥感技术无法有效探测地下空间资源状况，这时则需要钻探、物探等地质手段配合调查。

通过遥感技术在牡丹江多要素城市地质调查工作的应用，肯定了遥感技术的重要性，在城市地质调查中，遥感技术侧重于基础性数据获取，以服务配合其他地质调查手段为主的方式展开，主要在基础地质、第四纪地质、资源环境、地质灾害、地质遗迹、城市三维地质建模、国土空间规划等方面都有较好的应用。随着经济社会的快速发展，城市地质调查工作将会全面展开，城市地质调查任务将会更加艰巨，利用遥感技术将会给城市地质调查带来极大的便利，充分发挥出遥感技术的作用和价值。

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