遥感地质灾害解译识别技术在南网地区的应用

王 昊，吴新桥，杨家慧，蔡思航，李 彬

(中国南方电网数字研究院，广州 510000)

0 引 言

南方电网五省区降雨频发，在集中降雨时期，输电线路所在的山区岩体常发生滑坡、泥石流等自然灾害，从而影响到线路运行的安全与稳定。因此，输电线路地质灾害的预警与防治是主要工作重点之一。当采用人工方式对地质灾害进行识别与预警时，会出现工作量大，排查效率低等问题，且在地质灾害的防治过程中，采用人工方式缺乏时效性，往往事倍功半[1,2]。所以，遥感技术就在此类项目工程大力的开展起来，实践证明可以收到事半功倍的效果。遥感技术的重点在于遥感图像分辨率。近些年来，我国研究人员及工程师们在提高分辨率方面进行了持续的研究，并取得了显著成效。因此，高分辨率的遥感图像在输电线路地质灾害工程中发挥着愈加重要的作用，高分辨率遥感影像地质灾害解译识别技术将是今后一段时间的主要遥感技术系统[3,4]。

研究人员在遥感地质解译识别技术的研究及应用方面做出了不错的成果[5,6]。张焜[7]基于ZY-102C的数据选取及图像预处理，对塔吉克斯坦帕米尔地区进行了岩性、构造的详细解译，解译过程及结果说明ZY-102C星遥感数据的高空间分辨率，在识别岩性以及地质构造中有较好的应用效果，为境外地质矿产勘查开发提供了遥感信息支持。胡官兵[8]基于西南地区的气候与地质条件特点，即气候湿润，植被繁茂导致露出的岩体较少，采用高分辨率遥感图像技术，在常规遥感地质解译方法的基础上，开展了热带雨林覆盖区遥感地质解译和地质填图，并取得了较好的成效。

本文利用高分一号数据及Landsat-8 OLI数据进行了全色波段高分辨影像和多光谱低分辨率影像融合，在充分了解及掌握区内以往相关内容遥感调查成果的基础上，有针对性的开展南网地区输电线路相关调查专题的遥感解译工作，总结相应专题的遥感影像特征，建立遥感解译标志。通过遥感影像特征对比、分析，提取各专题影像特征类似或相同遥感信息。解译结果对工作区域的地质灾害类型、地质灾害点以及分布区域有了全面清晰的认识，同时将地质灾害点进行分区，为输电线路灾害预警和处置提供了有力的技术支撑。

1 研究区域地质概况

工作区主要是在海拔60 m左右的平原丘陵地带，最大海拔不超过700 m，坡度较缓，一般在20°以内。根据灾害的发育特征，将工作区进行易发性分区(如图1所示)，将其划分成高易发区、中易发区、低易发区三个区域，从而有针对的对其进行地质灾害遥感解译。

图1 工作区易发性分区

2 遥感数据及图像预处理

2.1 遥感数据收集

地形数据主要使用ALOS-12.5 m高程数据和Aster-30 m高程数据，用于遥感数据的正射校正和解译中的辅助。遥感信息资料主要有以下几类：landsat系列卫星数据、高分一号卫星数据、谷歌历史遥感数据，如表1所示。

表1 卫星遥感数据特征表

本次遥感地质灾害识别技术创新性的应用了高分一号卫星数据。高分一号卫星具备高空间分辨率优于2 m的成像能力，不仅可以满足高分辨率的要求，在成像幅宽方面可以达到800 km，该技术已处于世界先进水平；高分一号卫星在时间分辨率上，远超普通商业卫星；高分一号卫星要求达到无控制点条件下定位准的特点；除此之外，高分一号卫星数据具有寿命长的特点，可实现持续长期的观测定点。本项目中将高分一号卫星应用于遥感地质灾害识别技术，将极大提高该技术的精度，促进其迅速发展。

2.2 遥感数据选取

采用计算机对遥感图像进行加工处理，以改善图像质量、增强有关信息，这对于遥感影像的判释结果以及后期的制图有重要的意义。因此，原始遥感图像的加强处理是非常必不可少的处理手段，通过对图像进行大规模的处理可以获得高质量的遥感图像，现在已经存在的图像处理方法通常包括大气校正，辐射校正，正交校正，色彩匹配等一些非常好的方法，最终得到的效果其好坏程度不仅能够对图像信息的提取进行直接的影响作用而且会同时判断后期效果和很多专业画图的准确性，因此，在对一个项目进行应用遥感图像之前，应该对图像的处理做法进行比较恰当的选取，在对原始遥感图像进行加强的处理时，来产生高质量的遥感图像。为了感测图像数据，将波段3，波段2和波段1(本色)选为最佳RGB基本颜色合成图像组合，这是用于地质解释，提高了遥感图像的解像力。所用高分一号数据进行了全色波段高分辨影像和多光谱低分辨率影像融合，从而提高影像质量，加大地质灾害遥感解译和地质信息提取精度。本次遥感影像平面坐标采用GCS_WGS_1984地理坐标系，高程系统采用1985国家高程基准。

2.3 图像预处理技术流程

已经得到的卫星影像即使都已经通过了几何改正等的处理，但是在之前进行翻译的时候，还必须要进行很多提前处理。选取典型地物点进行地理配准，使其能与数字地形图进行叠加。本次研究中以一种合成图像为主、辅以其他合成图像来解译主题。

本次遥感解译主要采用高分一号卫星数据进行遥感解译，卫星数据图像处理主要包括辐射定标、大气校正、正射校正、数据融合、几何校正和各种增强处理等功能，其工作流程见图2。

图2 遥感数字图像处理及制作工作流程图

3 遥感地质灾害解译

3.1 遥感解译标志

南网地区输电线路所在地区地质条件复杂，加之降雨频繁，导致地质灾害频繁发生。因此，对于输电线路的地质灾害进行解译识别与预警，并采取相应的防治措施，最先应该掌握输电线路地区常见的地质灾害类型。由于我国复杂的地质条件，输电线路的地质灾害也就具有多种类型的特点。现存的主要能够对输电线路产生较大威胁的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、地震、山洪以及大风等。南方地区在多雨季节，滑坡、崩塌是最容易发生的地质灾害。输电线路地区复杂的地形与地质结构导致上述地质灾害加重了对正常生产运行的影响。常常导致供电中断，出现较大的经济损失，影响居民的生活质量。加之该地区受到降雨的频繁冲刷，难免导致地质灾害的发生。除此以外，还有人为因素导致地质灾害的发生。

为了避免地质灾害的发生，对输电线路地区进行灾害预防是非常重要且有效的措施。地质勘查是基础环节，必须要在输电线路进行建设前做完。根据地质勘查报告，可以在修建中规避掉可能发生灾害的地区；在进行前期工程勘测之后，要做好工程图纸设计工作；在进行输电线路工程施工时，严格按照图纸施工。

对于本文所涉及的工作区域，主要涉及的地质灾害问题是滑坡和不稳定边坡，现作重点研究。

采用高分辨率遥感影像进行滑坡与不稳定边坡的解译识别的技术主要采用以下3个流程。

(1)对地质灾害的典型特征进行辨认，进而总结出输电线路中滑坡、不稳定边坡的灾害控制因子。

对于滑坡，主要判释对象为滑坡体与周边环境。滑坡体的形态、色调、纹理等均可以作为判释特征；除此以外，诸如地质构造、地下水形态、植被发展等都可以在遥感影像上表现出特有的特征与变化。现以位于深圳市龙岗区白泥坑公园的某输电线路工程处的遥感影像为例，对滑坡进行判释，建立滑坡解译标志，如图3所示。

图3 某输电线路工程遥感影像

形态特征：通过卫星影像对滑坡体进行判释时，一般的滑坡体呈现簸箕形、弧形、不规则形或马蹄形。随着图像影像分辨率的提高，滑坡的墙壁与台阶处表现非常明显。滑坡坡体在滑坡时常表现为破碎而起伏不平且斜坡易陡；当发生滑坡现象后，滑坡的后壁较高，坡体变缓，滑坡体平整。色调特征：当发生滑坡后，在图像中可以看到滑坡体的色调会有较大的特异性，相比较滑坡体周围的地形所成图像而言，且差别明显。由于滑坡后会产生松散堆积体，该堆积体会在遥感中反射出浅色调，因为具有较强的波普反射能力；当滑坡在变形时，滑坡体周边所产生的影像色态较滑坡平面的色态浅，对于古滑坡坡体，在遥感影像中也呈现出浅色调。纹理特征：对于古滑坡，在遥感影像中，其状态比较细腻，纹理清晰，滑坡体上的道路、耕地等实体可以在纹理中清晰的展现出来，偶尔会在滑坡体前端出现散落的孤石。而活动滑坡在遥感影像中呈现出较为粗糙的纹理形态，其原因为活动滑坡体地形破碎，地表起伏不平。破碎的地形地势具有不同的发射光谱的能力，因而可呈现出斑状块体等形态。植被特征：对于古滑坡，坡体上可看到会呈现较多的树木，甚至成林，对于活动滑坡，并无古滑坡存在的现象，会出现零星的树木等小树林。

对于不稳定边坡，在进行遥感影像地质灾害判释时，地形、地质条件与地层岩性是主要的判释手段。例如，在较陡的斜坡中，节理裂隙会呈现浅色调，其岩体由于经受切割会呈现棱形状态。现以深圳市龙华区观澜大和路某输电线路工程处的遥感影像为例，对不稳定边坡进行判释，建立不稳定边坡解译标志，如图4所示。

图4 某输电线路工程遥感影像

色调特征：崩塌在遥感影像上，因遥感影像类型不同，所呈现的颜色具有较大差异，尚在发展或发生不久的崩塌点，影像上呈浅色调；对于崩塌进行到一定阶段，区域稳定，相比崩塌刚发生不久的色调，其色调逐渐变灰暗。发育位置特征：由于崩塌经常发生在陡坡前，崩塌后巨大的石块会堆积在斜坡的平缓地段，因此在遥感影像中会出现石块影响。纹理特征：崩塌后形成的崩塌体，堆积在斜坡平缓地段，因此在遥感影像中可以看到纹理较为粗糙，偶尔会形成巨石影像，崩塌轮廓较为明显，崩塌壁一般较为陡峭，其颜色一般呈现灰色、白色、浅色，具体成色与岩性有关。

(2)对边坡的遥感影像数据进行预处理，主要内容为将边坡信息反映到最优化。对于高分辨率影像，主要通过波段3，波段2以及波段1的组合实现，充分展示遥感影像所含有的丰富信息；进而对遥感影像做增强处理，采用的主要手段有辐射增强、灰度级拉伸，形成色彩饱和度高、分辨力强的影像[9]；在得到高分辨率影像的基础上，再次进行几何校正、辐射校正，通过把各类数据的融合，最终形成完备的遥感图像。

(3)采用插值法、比值法对边坡发生滑坡与产生不稳定时前后的遥感影像进行变化信息提取[10]。在此基础上，引入基于像元的变化检测方法，利用投票法对结果整合，得到滑坡体的初始掩膜，然后进行逐层修正，最终确定滑坡体的范围。

3.2 遥感解译

3.2.1 基本要求

通过对已有调查成果的分析，初步建立了该区域相同地物的遥感解译标志，以此为基础，开展遥感解译工作，选取工作区具有代表性的解译标志点进行野外实地验证，完善遥感解译标志，并对初步解译成果进行补充解译。在遥感解译的过程中，将影像特征和解译标志作为解译的事实依据，地质灾害的解译应在收集区内现有调查成果的基础上开展。应对重要解译内容相关解译标志做出相关解译记录，并在解译图上作出标示。

3.2.2 解译方法

此次解译基本使用的是目视解译法，根据解译标志，通过肉眼对处理后的遥感图像的判别，进行类别区分和归并。通过专家经验对滑坡崩塌等地质灾害的边界进行矢量圈定，通常是根据其影像的颜色、纹理、形状、大小，结合高程地形数据和以往的前人工作数据进行判定。根据多次试验的应用效果，主要选择波段组合法、比值组合法、融合技术为本次调查采用的图像增强处理方法。

3.2.3 解译流程

(1)遥感解译标志的建立。遥感图像存在一些显著的标志，例如遥感图像的几何形状、色调、色彩、地貌形态等，要进行解译，必须建立遥感解译标志。首先对工作地区的地质灾害资料进行充分收集与掌握，其次通过野外地质勘探，根据地物波普特征和空间特征，建立遥感解译标志。

(2)室内解译工作。遥感图像是室内遥感解译的依据。通过大量的工程实践证明，进行解译时，要采取人工观察与计算机识别结合的原则，采取初步与详细依次进行的方法，采取室内与室外互相佐证的过程。笔者在大量查阅文献的基础上，对解译工作进行了总结归纳，遵循的流程图如图5所示。从第一区域开始进行迭代，如果可以解译就加入作为已有知识，如果不能解译，就搁置，进行后续处理；依次进行下一区域，迭代更多区域，重复上述操作；直到迭代最后区域，解译完毕。

图5 室内解译工作流程图

遥感地质灾害解译要遵循以下原则：即已知到未知、总体到个别、定性到定量、简单到复杂，且按照循序渐进不断深化的原则进行解译。

(3)野外调查与验证。在形成初步解译资料后，要对其进行调查与验证，一般通过野外实地踏勘进行。通过此操作补充初步解译成果，形成最终的详细的遥感解译成果，提高质量与可信度。

(4)地质灾害制图。在室内解译的基础上，通过野外调查和验证，补充和修改后，将解译成果草图分图层进行数字化成图，提交最终的遥感解译成果系列图。该研究成果经过解密后，可作为知识库，用于今后的灾害预警与决策，为建设单位防治地质灾害提供依据，为金融机构投资风险估算提供依据，广泛应用于农业、商业等相关行业。

4 地质灾害解译结果及应对措施

本年度在工作区总共解译地质灾害点31个。从地质灾害类型上看，滑坡灾害点21个，占地质灾害点总数的68%；不稳定边坡10个，占地质灾害点总数的32%。地质灾害及隐患点类型以滑坡为主。地质灾害点遥感调查情况如表2所示。

表2 灾害类型及规模统计

研究团队在遥感解译滑坡和不稳定边坡地质灾害的基础上，借鉴中国电力科学研究院的经验[11,12]，着重突出边坡力学机制，在区分岩质边坡与土质边坡的基础上，从坡高、坚硬程度、风化程度、完整程度、结构类型、地质结构、水文气象、地表水等方面，依据标准全面评价各项指标，并以加权法计算出各边坡的危险性程度，主要分为高风险区、中风险区、低风险区。对灾害点统计结果见表3所示，灾害分区如图6所示。解译的灾害点分布情况如图7所示。

图6 灾害分区图

图7 灾害分布图

表3 灾害分区统计

根据工作区内遥感解译的地质灾害点和风险区划分，在进行地质灾害制图的基础上，指定护坡、保坎的方案。且由于南网地区降雨量较多，因此需要在汛期前加快方案的实施，确保输电线路杆塔基础的安全与稳定。对于高风险区域以及部分中风险区域，滑坡的个数较多，不稳定边坡也存在较多数量，该地区内发生危险的概率较大。因此，经过综合比较，该类型地区应该对线路考虑迁移改道。当进行迁移改道时，必须对新选址的地质区域进行详细的踏勘评估，在源头上杜绝滑坡与不稳定区域的发生。

5 结 论

基于遥感地质灾害解译识别技术，对南方电网输电线路地质灾害成功的进行了解译，对相关研究工作得到以下3个贡献。

(1)将高分一号卫星应用于遥感地质灾害识别技术，提高了影像质量，加大了地质灾害遥感解译和地质信息提取精度。

(2)建立了一套地质灾害监测方法，通过归纳与总结，开发了解译流程，明确了解译工作要求。

(3)工作区总共解译地质灾害点31个。地质灾害及隐患点类型以滑坡为主。通过南网地区输电线路的地质灾害制图，为今后的灾害预警与提出对策，为相关行业的发展提供了参照。

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