遥感技术在地质灾害调查中的应用

杨 贤

（河北省水文工程地质勘查院，河北 石家庄 050000）

遥感技术的应用需要以地质学理论为指导，发挥其空间定位功能，通过数字形式来显示和配准地理坐标，进而获得准确的地质灾害数据信息。遥感技术已成为当前比较常用的地质灾害遥感解译方法，利用遥感技术对地质灾害进行解译，对监测、分析、评估地质灾害及其特征有重要帮助，对了解和认知滑坡、崩塌、泥石流等不同类型的地质灾害有积极意义。文章应用遥感技术提取滑坡遥感信息，并对崩塌遥感进行解译，在泥石流遥感信息解译过程中，分别建立了相应内容的空间分析模型，以保证灾情评估的顺利进行，进而实现自然灾害的防护。

1 遥感技术概述

遥感技术是一种现代化综合技术，通过自身所具有的技术特征和属性来对信息进行扫描、摄影、传输和处理操作，实现对地物与自然现象的远距离测控与识别。遥感技术具有综合与宏观，多手段与技术先进性、信息提取速度快、更新周期短、单次获取大量信息、动态监测、条件限制性低、效率高的特点[1]。

受分类方式影响，遥感系统会被界定出多种类型。基于遥感电磁辐射源，遥感系统会被分成主动和被动两类；基于遥感垂直距离，遥感系统会被分成航天、航空、地面三类；基于电磁波谱段，遥感系统会被分为近红外、热红外、微波三类；基于遥感数据，遥感系统会被分为成像与非成像两类；基于地理范围，遥感系统会被分为全球、区域、城市三类。

关于遥感图像数字处理技术共包括五方面内容，即遥感图像的正射校正，遥感图像融合，图像增强处理，图像镶嵌与剪裁，遥感图像三维可视化。在正射校正方面，卫星轨道数学模型可判断与确定传感器成像位置和方向，数字高程模型可判断像点所在处高程，在两个模型的合理作用下，可以准确还原真实像点位置；在遥感图像融合方面，图像空间配准与图像匹配是两个重要的融合预处理步骤。其中常用的融合方法包括加权融合（以像元为基础）、色彩空间变换融合（IHS）、主成分变换（PCA）以及高通滤波变换融合方法；在图像增强处理方面，增强对象一般为有用信息或重要信息，使其与普通信息之间产生较大差别，以提高图像的判断准确度；在图像镶嵌与裁剪方面，信息丰富、色调和谐、镶嵌几何精度高，是镶嵌遥感图像应具备的三个基本条件；在遥感图像三维可视化方面，主要包括两方面内容，一是构建数字高程模型，二是制作三维遥感影像。

数字高程模型构建有两种表现形式，一是不规则三角网，二是规则网格，它们各具优点，但也存在一定缺陷。不规则三角网格理论难，算法复杂；规则网格不能精确表示地形复杂程度，在某些区域存在数据冗余。三维景观制作流程主要为：研究区内地形图扫描、配准——利用Map GIS软件数字化地形图——等高线、高程点赋值；检查、拼接——插值生成DEM——DEM与遥感图像叠加生成3D遥感影像图——设置参数生成三维动画。

2 地质灾害遥感信息提取

2.1 滑坡的遥感信息提取

2.1.1 提取滑坡解译特征

滑坡通常被认为是在地表不平的地形形成过程中由斜坡变形引起的不良地质现象。分析滑坡明显地貌特征时，可以提取典型影像，地貌形态，植被，水文等四种解译标志特征。

通过解译滑坡遥感图像的纹理与色调，阴影与形态，可以辨认大部分滑坡地貌特征，少部分较为复杂的地貌特征无法准确辨认。通过分析野外调查数据可知，在高分辨率卫星图像的支持下能够清晰辨认包括簸箕形在内的多种形态类型滑坡形态特征。需要注意的是，滑坡堆积物所处地形会直接影响滑坡堆积形态，因此在辨认滑坡时需要将该处地形因素纳入考虑范围。

2.1.2 解译滑坡活动性

评价滑坡稳定程度可根据滑坡体的具体保存情况和破坏情况，以及植物发育情况和人类活动情况[2]。通过观察遥感图像可知，上述内容会表现出不同的色调、结构、图形特点。在判断滑坡稳定性时，“工程地质法”与“力学平衡计算方法”是比较常用的两种方法，结合遥感技术后“工程地质法”的应用范围更广。在斜坡物质积累过程中，各级平台会被充分“利用”，在这种情况下，通过航空图像与高分辨率卫星影像识别滑坡变化情况，即通过遥感图像所呈现出的色差效果展现地势高低情况。

2.2 崩塌的遥感解译

2.2.1 崩塌的解译特征

崩塌形成的直接原因是大体积岩体脱离母体，并在重力作用下沿着坡体向下滚动，或垂直向下崩落。按照岩土成分可将崩塌分为岩崩和土崩两种。

崩塌主要解译特征如下：

（1）位于陡峭山坡段，陡坡角度介于55°和75°之间，呈上陡下缓态势；崩塌体常会被堆积在谷底，或者下方某一个或多个平缓地段。

（2）一般情况下，会较为清晰地显示崩塌轮廓线，可若发生在遥感图像阴影区，就很难被清晰识别。另外，崩塌壁所呈现出的颜色与岩性有直接关系，一般会呈现灰白色调。

（3）个别情形下，裂缝影像会呈现在崩塌体上部外围处，较为清晰。

2.2.2 崩塌的活动性解译

崩塌的稳定性在彩色航空遥感影像图片中较易辨认，通过对比可知，正在发生的崩塌活动在槽状凹陷部分会呈现出较浅颜色，并能够很明显地看出无植被生长。崩塌壁呈现较深颜色，这与岩石本身色调有关。

解译时需注意两方面问题，一是要与采石场进行区别，二是关注阴影在崩塌体解译过程中发挥的作用。对于前者，细节区分是关键，采石场影像通常呈现均匀的浅色调，且有明显道路与车辆痕迹，这些内容不出现在崩塌影像。对于后者，光照方向是主要区分因素，受光照方位影响，在陡坎处的阴影会遮盖崩塌壁和崩塌体，对微地貌研究造成影响。在某些影像上，可通过分析全貌及周围事物特征推测出崩塌位置。

崩塌解译除了识别崩塌体的存在外，还应对崩塌规模、性质进行判断，统计出单位斜坡内的崩塌发生的数量、计算崩塌面积及崩塌面积率等。

2.3 泥石流的遥感判释

2.3.1 泥石流的解译特征

泥石流是在地震与滑坡活动的作用下产生的，并在降水作用下极易造成严重的泥石流灾害[3]。泥石流形成需要具备三个前提。

第一，处于不稳定状态的量大松散土堆积在流域内山坡上或沟谷中，该部分土体由自然形成或人为堆积而成。

第二，流域内地形陡峻且存在较大的沟床纵坡。

第三，流域内上游处出现暴雨。

形成区、流通区、沉积区是标准泥石流流域的三个较明显区域，也是泥石流遥感图像判释的特征。其中流通区在影像上呈平直的浅色或带状，而沉积区的新堆积扇呈浅白色，老堆积扇颜色较深。需要注意的是，上述判释特征只针对标准型泥石流流域，非标准型泥石流流域特征相对复杂，经常会有多个区域相重叠和混淆现象，不易分辨。

2.3.2 泥石流的判释方法

定性判别与统计分析判别是两种判别泥石流沟的基本方法[4]。

（1）定性判别方法主要看沟口是否有明显堆积扇痕迹，若有，则可判断其为泥石流沟，该形态可在遥感图像上清晰地展示。由于堆积物会被河水带走，无法完好保存扇形地貌，导致定性判别方法不能准确判断出是否为泥石流沟。面对这种情况，需要综合相关因素进行解译，分析过程中还需要进行实地调查访问。

（2）统计分析判别又叫定量分析，是一种判断泥石流沟辅助性手段，一般在定性判别无法发挥作用时使用。与单项判别相比，二者相结合的判别方式更加可靠，所得出的泥石流沟判断结果更加准确。将遥感图像解译成果作为编制各类专题图的依据，有助于对泥石流规模等进行综合评价。

2.3.3 泥石流类型的解译

依照相关规范，泥石流可被分成以下几类：

（1）依照成因划分为自然与人为泥石流。

（2）依照地貌条件分为沟谷与坡面泥石流。

（3）依照组成分为泥流、泥石流和水石流。

（4）依照提供方式分为滑坡、崩塌和侵蚀泥石流。

（5）依照动力学理论分为土力类和水力类。

（6）依照诱发因素分为暴雨和融冰。

（7）依照规模分为特大型、大型、中型、小型泥石流。

3 结语

遥感技术是一种监测、分析、评估地质灾害的重要技术手段，将其应用于各项地质灾害调查活动中的可靠性较高。近些年，我国不少地区发生了比较严重的地质灾害，造成了巨大经济损失，为尽可能的降低危害，需要将遥感技术应用于地质灾害调查中，并能够贯穿于监测、预警和评估多个环节。随着技术理论的不断充实和完善，以及图像分辨率和波普分辨率的进一步提升，遥感技术将成为灾体动态监测和实际灾情分析的重要手段和工具。