无人机遥感技术在日喀则地区城市周边地质灾害遥感调查中的应用

赵志远 葛超英 刘德卫

摘 要：本文以西藏日喀则地区18个县城（区）为研究对象，以无人机航拍0.2m分辨率影像为基础，在Arcgis平台上叠加无人机获取的DEM遥感数字高程数据，渲染建立三维遥感的图像模型。通过人机交互遥感解译，提取高精度、大比例尺日喀则18个县城（区）周边的地质灾害特征信息以及人类工程活动信息。统计分析表明地质灾害解译结果分布特征与地形地貌关系密切，地质灾害与人类工程活动包括受威胁对象、孕灾背景、地质灾害防护工程相互作用明显。表明了无人机遥感技术在地质灾害调查中的良好的应用效果，特别在地形艰险获高质量影像可代替人员地面到达，三维地形地貌显示对地质灾害个体特征信息提取意义重大。无人机遥感技术在地质灾害调查领域的应用前景广阔。

关键词：无人机遥感;地质灾害;遙感解译;人类活动

近些年，我国无人机遥感技术在各个领域的应用都有较大的发展，其机动、高效、多功能、多用途的技术优势，在地质灾害调查也得到越来越多的应用[1]。本次研究，利用无人机航空摄影系统完成研究区航拍，获取高分辨率航空影像，利用遥感技术提取研究区相关地质灾害信息，地区城市周边人类活动信息，结合外业实地调查，对日喀则地区城市周边地质灾害进行分析，从而推进无人机遥感技术在地质灾害调查中的应用。

一、研究区概况

日喀则市地处中国西南边陲、西藏自治区西南部，南与尼泊尔、不丹、印度三国接壤，西衔阿里地区，北靠那曲地区，东邻拉萨市与山南地区共有17个县1个区。该地区属内陆高原温带半干旱季风气候。整个地区地质灾害主要发育滑坡、崩塌、泥石流三种类型。城区周边以泥石流灾害为主，崩塌、滑坡次之。

二、无人机遥感信息提取

（一）无人机影像三维可视化应用

在室内人机互交式解译的基础上，应用无人机遥感数据获取的DEM，在Arcgis平台上与无人机遥感影像叠加建立三维遥感的图像模型。使DEM模型和纹理图像具有相同的投影方式和相同的地理坐标，二者完全映射在一起，来逼真的模拟地貌形态[2]。与此同时，将遥感解译结果以及其它矢量图等作为纹理贴到DEM上。从影像上可以清晰确定灾害体形态及各组成要素，具有较强的立体感。如图1为日喀则市周边一处泥石流灾害的三维立体效果。

（二）地质灾害遥感解译

地质灾害遥感解译采用的是无人机航拍生成的0.2m空间分辨率正射影像图，通过参照三维影像显示，室内人机互交式解译和野外验证等手段完成对研究区的地质灾害。

在遥感影像上，地质灾害有不同的解译标志，主要从颜色、阴影、形状、大小、位置以及纹理几个方面来考虑。研究区地质灾害遥感解译标志如下表：

（三）人类活动遥感解译

本次研究利用高分辨率无人机影像，对地质灾害相关的人类活动信息人机交互解译精细提取。根据人类活动信息图斑与地质灾害互馈关系，提取出受威胁对象、孕灾背景、地质灾害防治工程三类图斑。

受威胁对象：地质灾害已经造成危害或在地质灾害潜在威胁范围内的农田耕地、居民区、交通设施，工矿企业等地类。

孕灾背景：人类工程活动对地质灾害的孕灾作用主要表现在切坡开挖、蓄水引水、弃渣堆土及乱砍滥伐。根据研究区内实际情况，孕灾背景的人类活动类型主要有在建工程用地、坑塘水面、采矿用地、动土的裸土地、裸岩石砾地等。

地质灾害防护工程：为预防、控制、治理地质灾害，减轻地质灾害损失所采取的各项工作措施的工程建筑。

三、解译成果分析

本次对18个县（区）及周边进行的共解译179处地质灾害。其中，泥石流170处，崩塌6处，滑坡3处。地质灾害类型以泥石流为主，崩塌次之。

（一）地质灾害与地形地貌关系

研究区内地形地貌对地质灾害的发育有十分重要的影响。从18个县城解译泥石流情况来看，相对高差在200m～400m之间的有74条，400m～600m之间的有33条，600m～800m之间的有18条，600m以上14条。比降大多数介于100～400‰之间的，合计154条，仅有7条泥石流沟比降大于500‰，仅有6条泥石流沟沟道的比降小于100‰。结合野外观察发现，地形地貌上高陡临空面的基岩及其风化产物十分不稳定，大量的风化剥蚀产物在坡脚及沟谷内堆积并为泥石流的形成提供了大量的物质基础。小型沟谷泥石流两岸坡度一般大于30°，流域高差一般大于200m，沟谷纵坡一般大于10°，使降水能快速汇聚并形成强大的水动力条件。在大型泥石流沟谷中，汇水区域面积大，形成区和流通区的坡面坡度大于30°，堆积扇面积较大，但坡度较小，一般小于10°。

（二）地质灾害与人类工程活动关系

本次研究利用无人机高分率影像精细化解译提取与地灾相关的人类活动（受威胁对象、地灾防治工程、孕灾背景等）1283个图斑。其中受威胁对象占70%，地质灾害防治工程占24%，孕灾背景占6%。在受威胁对象中，精确提取住宅用地398处、耕地116处、林地118处、道路85处等。地质灾害防治工程主要是针对大、中型泥石流灾害修建，以控制泥石流的流向及影响范围，共解译140处，对泥石流易发区的治灾防灾起到很大作用。孕灾背景主要是依山而建的人工切坡包括工矿采面，在建工地等，高陡边坡零散分布，成为地质灾害隐患。

四、结语

无人机遥感技术是传统遥感手段的有利补充且具有明显优势：获取高分辨率的影像可精确提取目标特征信息，如与地质灾害相关的威胁对象、已有防治设施等;无人机影像拍摄同时获取的DEM数据，三维地形地貌显示对地质灾害个体特征信息提取意义重大;无人机高效、机动，在地形艰险获高质量影像可代替人员地面到达。因此，利用无人机遥感技术开展地质灾害调查是必要的，也是可行的。随着无人机遥感技术的进一步完善和数据的快速处理技术提升以及灾情快速解译和定量分析技术的逐步提高，无人机遥感技术将会有更好的实时性和应用性，也将会越来越多的用于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程。

参考文献：

[1]吴振宇，马彦山.无人机遥感技术在地质灾害调查中的应用[J].宁夏工程技术，2012，11（2）：39-42.

[2]陈君涛.ArcScene环境下遥感图像三维可视化研究与实现[J].科技资讯，2015，20：39-40，42.

基金项目：2018年中国自然资源航空物探遥感中心“日喀则市地质灾害高精度遥感影像图库建设”（项目编号2017319）

作者简介：赵志远（1984-），男，工程师，河北省水文工程地质勘查院，主要从事遥感地质工作。