基于GF-7数据的豫西山区地质灾害遥感解译

摘 要：【目的】查明豫西山区部分区域内崩塌、滑坡等地质灾害的空间分布特征，为地质灾害监测与治理提供科学依据。【方法】主要利用高分七号卫星影像数据，通过构建遥感解译标志、室内初步解译、野外核查验证、内外业综合解译、编制解译成果图件等步骤开展遥感解译工作。此外，还对比分析了多类型多时相的遥感影像，并结合研究区的地形地貌等地质资料，进一步提高了地质灾害的可解译性。【结果】在此次地质灾害遥感解译中，实际正确识别了15处滑坡、6处崩塌，解译正确率达91.3%。遥感解译的精度和效率较高，取得了较好的成果。【结论】本研究提出的利用高分七号遥感卫星数据开展地质灾害遥感解译思路及方法，在该地区所进行的地质灾害遥感解译工作中表现出显著优势，具有较强的实用性和可行性，能够为其他地质灾害遥感解译工作提供有力的参考和指导。

关键词：遥感解译；地质灾害；高分七号；豫西山区

中图分类号：P694;P407.8" "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）11-0091-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.11.018

Remote Sensing Interpretation of Geological Disaster in the Western Mountainous Areas of Henan Based on GF-7 Data

HAN Ziqing LI Lang GAO Hui

（Institute of Geology Science and Technology Information， Henan Academy of Geology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：[Purposes] The aim of this paper is to identify the spatial distribution patterns of geological disasters such as collapse and landslide in some areas of the western Henan mountainous areas， and to provide a scientific basis for disaster monitoring and management. [Methods] The primary data source is GF-7， and the remote sensing interpretation process includes the steps of the construction of remote sensing interpretation signs， preliminary indoor interpretation， field investigation verification， comprehensive indoor as well as outdoor interpretation， and" the compliation and interpretation of results maps. In addition， this paper compares multi-type and multi-temporal remote sensing images and combines the geological data from the study area to further improve the interpretability of geological disasters. [Findings] The results show that 15 landslides and 6 collapses were actually correctly identified in this survey， with a correct interpretation rate of 91.3%. The remote sensing interpretation has achieved rather high accuracy and efficiency， and obtained better results. [Conclusions] The idea and method proposed in this paper for geological disasters remote sensing interpretation using GF-7 satellite data have demonstrated significant advantages in this remote sensing interpretation of geological disasters carried out in the region， with strong practicality and feasibility，which can provide powerful reference and guidance for other geological disasters remote sensing interpretation.

Keywords： remote sensing interpretation; geologic disaster; GF-7; western mountainous areas of Henan

0 引言

地质灾害是指在自然或人为因素的作用下引起的，对人类生命财产安全及环境造成破坏和损失的地质现象［1］。我国的地质灾害分布区域广、发生频率高，据有关部门数据统计，2022年共发生地质灾害5 659起，是世界上地质灾害较为严重的国家之一。因此，及时、准确地识别和评估地质灾害风险和潜在隐患，进行科学的预测和预警，并采取适当的预防和治理措施，对减少和避免地质灾害对人民群众生命和财产造成的损失具有重要意义。

传统地质灾害调查主要依赖于野外实地调查，但该方式在山地等人员难以到达的恶劣环境中，难以有效开展，无法准确、全面地获取地质灾害的风险和隐患信息，也无法满足时效性的要求。随着遥感解译技术的发展，利用高分辨率遥感影像，可以无接触、快速、全面准确地获取各种地形地物信息，查明地质灾害分布现状，及时满足决策需求［2］。

近年来，国产高分卫星数据为地质灾害遥感解译提供了高质量、低成本、全覆盖、及时更新的数据源，其在地质灾害调查中的应用愈发广泛，董文等［3］认为GF-2遥感影像数据对于地质灾害信息的识别可以满足地质灾害遥感解译的需求。张志军等［4］通过野外验证发现利用GF-1等卫星影像开展遥感解译取得了较好效果。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

豫西山区位于河南省西部，主要包括洛阳市、三门峡市和济源市等地区。该地区地质构造复杂，地形以山地为主，山脉连绵起伏，沟谷纵横交错。

2021年7月20日前后，河南大部发生极端暴雨天气，豫西山区受灾同样较为严重，特别是汝阳县地区，地质灾害预警预报已达红色级别。且该区域内矿山开发、削坡建房、交通建设等人类工程活动较强烈，尤其是过度开采、开采后不修复治理等情况对地质环境破坏更为严重，结合暴雨、地质环境较脆弱等因素的影响［5］，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害时有发生，对居民区、交通道路等造成不同程度的破坏，导致该区域成为河南省地质灾害多发易发的地区之一。因此，研究区的选取主要集中在豫西山区的洛阳市汝阳县地区，考虑到数据安全与保密问题，本研究仅选择具有代表性的地质灾害点作为遥感解译应用范例。

1.2 数据来源

本研究所用遥感影像数据主要来源于高分七号卫星（GF-7）。高分七号卫星是我国首颗具有亚米级光学传输能力的民用立体测绘卫星，在地质灾害调查的应用中发挥着重要作用，可以应用于监测和预警地质灾害、评估地质灾害影响和损失、研究地质灾害形成机制和规律等方面。高分七号卫星主要传感器技术参数见表1。

2 技术路线

地质灾害遥感解译主要按照“内业解译、外业核查”的原则开展工作，是一个综合且反复的过程。遥感解译技术路线如图1所示。

3 地质灾害遥感解译

遥感解译是利用高分辨率遥感影像等数据，结合地质灾害和遥感地质理论，采用目视解译、人机交互解译等方法，根据各类地质灾害体的遥感解译特征和标志，对地物进行识别、定性和空间分析，从而获取地质灾害的类型、规模、空间分布等相关信息的过程。尽管计算机自动提取技术已经在遥感解译前期工作中得到了广泛应用，但其分类和识别技术的灵活性和精度水平仍有不足，因此，本研究采用以目视解译和人机交互式解译为主的方法进行遥感解译工作。

3.1 遥感图像处理与制作

遥感影像原始数据经过处理才能用于解译工作。处理过程主要包括遥感影像的辐射定标、大气校正、正射校正等步骤，以确保影像的准确性和可靠性；图像配准、融合、镶嵌、增强等操作，以进一步优化遥感影像的质量和清晰度。

本研究主要利用高分七号卫星的多光谱和全色影像，结合高精度DEM数据，在ENVI等平台上，将经校正、配准等处理后的影像与DEM数据进行图像融合、镶嵌、增强等操作，并按图幅范围裁剪得到数字正射影像图（DOM），用于地质灾害遥感解译。

3.2 遥感解译方法

遥感解译工作主要基于遥感解译标志来发现和识别地质灾害信息。常用遥感解译方法可以总结为目视判读法、对比法、推理法等［6］。

3.2.1 直判法。即直接目视判读方法，参考解译标志的颜色、纹理和形状等特征，直接在遥感图像上勾绘出地质灾害的形状和分布范围。对与崩塌、滑坡等有关的岩体变化，可以采用直判法。

3.2.2 对比法。针对背景资料少、解译较困难的地质灾害，设法将其影像特征与解译标志或已知标准样片做对比解译，从一般到特殊，逐步进行目视判读，从而确定地质灾害特征与范围。

3.2.3 推理法。针对解译难度较大且利用对比法难以判断其特征的地质灾害，可将其所处的地理位置、地质环境条件等特征汇总起来，综合分析和逻辑推理，进而推断和确定地灾类型、规模和分布位置。

特别地，当遇到图像模糊不清、解译难度大或者通过对比法和推理法都无法确定的区域，可以尝试通过图像增强、拉伸等有针对性的图像处理方法，使图像更清晰、信息更突出，从而更直观解译所需的地质灾害信息，提高遥感解译的质量和效果。

3.3 遥感解译流程

解译工作按照从已知到未知、从易到难、先整体后局部、先宏观后微观的解译原则分为如下步骤。

①建立解译标志。以工作区地质资料为基础，通过初步遥感解译、实地调查或者参考类似研究区域的解译成果，在基础图像上建立滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害遥感解译标志。

②室内初步解译。室内解译以遥感影像为依据，在熟悉已有遥感地质资料的基础上，运用直判法、对比法等方法对影像进行解译，勾绘地质灾害分布范围，标注地灾类型，形成遥感解译草图，填写解译记录表。

③野外核查验证。在初步解译工作中，可能会存在错误或不确定的地灾类型，需要进行野外核查验证，并在现场做图文采集、填写野外记录表，为后续详细解译和分析工作做好准备。

④内外业综合解译。根据野外核查图文记录信息和室内初步解译草图，进行详细解译，重点修正初步解译中的错误、推断并确定未知地灾类型、补充新发现的地灾信息，最终形成遥感解译成果图。为保证遥感解译成果的质量和可信度，这个过程需要不断地进行验证和修改，有时还需多次进行现场核查或专家抽样验证，以便对解译草图进行更加精细准确的审阅和修正。

⑤编制解译成果图件。将解译过程中所使用的各类遥感影像、地质资料、初步解译图件、野外查证记录、遥感工作质量检查等进行汇总整理并存档，并根据野外核查验证结果，对初步解译成果进行反复修正和完善，最终制作遥感解译成果系列专题图。

3.4 建立遥感解译标志

遥感解译标志是指能够辅助识别目标物及其性质和相互关系的影像特征。解释标志的建立是解译前的重要准备工作。地质灾害通常具有独特的形态特征，与周围岩石或地层有明显的色彩、形状、纹理等差别，在遥感图像上表现为特定的色纹组合，这些特征是识别地质灾害的直接标志［7］。

3.4.1 崩塌解译标志。崩塌主要分布在陡峭的山崖或斜坡，特别是在沟谷、河流、道路、露天采矿场等地段。在遥感影像上多呈现楔形、三角形等形态，部分崩塌壁会呈现陡坎状，导致整个崩塌壁和崩塌体被阴影遮蔽。光学特征以深灰色、灰白色为主。坡体表层破碎或不平整，斜坡坡脚平缓区域常有杂乱的崩塌物和锥形的堆积物。此外，崩塌区域的植被多表现为缺乏或发育不良。研究区内的一处崩塌现象如图2所示。

3.4.2 滑坡解译标志。滑坡解译标志主要有色调、纹理等特征，形态多为舌状、条带状等。大多坡体表面破碎且呈现下滑趋势，斜坡较陡且长，岩质滑坡多呈灰白色。质地纹理上具有明显颗粒感或粗糙感，岩质滑坡常见较大的斑状体。坡体无植被或植被多矮小且生长较差。研究区内的一处滑坡现象如图3所示。

3.4.3 泥石流解译标志。泥石流常见于山区沟谷中，多由暴雨、冰雪融水所激发的一种破坏性极强的特殊洪流。是否具有陡峭的地形，是否存在大量松散的固体物质和轮廓明显的洪积扇，且流域中上游是否存在暴雨、冰雪融水等特征是泥石流识别的重要解译标志。研究区内的一处泥石流现象如图4所示。

3.4.4 地面塌陷解译标志。地面塌陷是指地表岩土体在自然或人为因素作用下向下陷落，在地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象［1］。除地震造成的地面塌陷以外，由煤矿等井下开采所造成的矿山采空塌陷尤为常见，解译前需收集工作区的矿山开采资料以做参考。常见地面塌陷在遥感影像上色调多为黑灰色，呈现明显的水域状，多为边界清晰的不规则圆形。研究区内的一处地面塌陷现象如图5所示。

3.5" 遥感解译与野外核查验证

本研究主要选取高分七号卫星数据作为主要数据源，成像时间选择2022年1月，原因是该时段植被较少，能够更好地开展解译工作，同时也能反映2021年7月的极端暴雨可能引起的地质灾害。

3.5.1 崩塌地质灾害遥感解译。研究区内共解译出7个崩塌地质灾害，多为强降雨所致，灾情规模多为中小型，典型崩塌地质灾害解译如图6所示。

遥感影像中，图6（a）坡体上大部岩土体与周围色调存在较大差别，呈灰色且纹理粗糙，陡坡岩体表面新鲜，坡脚处有大量碎石堆积。经野外核查验证此处确为中型崩塌，位于山顶斜坡，下方无承灾体，目前较为稳定。图6（b）坡体整体呈土黄色，纹理粗糙且无植被覆盖，疑似崩塌。经野外核查此处是由“720暴雨”所致崩塌，造成一间房屋损毁，目前已清理完毕，但坡体不稳定，若遇暴雨，极易再次发生崩塌。图6（c）坡体大部呈现土黄色，颜色与周围有较大差别，纹理粗糙且表面基本无植被覆盖。经野外核查此处是崩塌发生后，正在进行挖掘削坡治理。

3.5.2 滑坡地质灾害遥感解译。研究区内共解译出16个滑坡地质灾害，多数是由强降雨所致，灾情规模多为中小型。由于山体阴影、云层覆盖、植被遮蔽等因素会影响遥感解译工作的准确性，一般会选择不同成像时间或不同类型卫星影像数据做参考对比［8］，本研究选用北京2号卫星（BJ-2）影像辅助识别地质灾害类型。典型滑坡地质灾害解译如图7所示。

遥感影像中，图7（a）坡体上的大部土体呈整体性运移现象，多呈土黄色且纹理粗糙，表面基本无植被覆盖经野外核查验证此处确为滑坡，坡体不稳定，下方无承灾体。图7（b）坡体上颜色与周围有较大差别，大部呈现土黄色，植被覆盖率低。经核查验证此处确为滑坡，现场存在明显地裂缝，坡体较不稳定且暴雨极易引发新的滑坡，会对下方公路造成一定威胁。图7（c）坡体上大部呈灰白色且植被稀疏，坡底疑似碎石堆积。经核查验证此处确为滑坡，坡体不稳定，易再次引发滑坡，直接威胁下方公路［9］。

本次遥感解译工作共解译出16处滑坡、7处崩塌。经野外核查验证，其中1处是切坡修路、1处是矿山开采所产生的不稳定斜坡。实际正确识别了15处滑坡、6处崩塌，解译正确率91.3%。表明地质灾害遥感解译结果与野外核查验证结果具有较高的吻合率，本研究所提出的地质灾害遥感解译思路及方法能够为地质灾害遥感解译工作提供参考。

4 结论与展望

本研究以高分七号卫星影像作为主要数据源，充分发挥其亚米级分辨率的优势，提高了地质灾害解译的识别能力，快速有效地获取了豫西山区部分区域内崩塌、滑坡等地质灾害的空间分布特征等信息，为地质灾害的预测、防范和治理提供了及时准确的科学依据。

在后续的工作中，可以综合分析并利用多源、多时相、多波段的遥感影像，识别和分类地质灾害的类型，并预测其发生的可能性和危害程度。如可以采用InSAR技术监测区域性地表形变，发现潜在的地质灾害隐患［10］；可以利用LiDAR技术获取高精度的地形数据，揭示地质灾害的形态特征和发展规律。如何充分利用现代遥感技术与InSAR、LiDAR等技术相结合［11］，提高地质灾害遥感解译的能力和水平，是地质灾害遥感解译领域未来的重点研究方向。

参考文献：

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［7］张振森.基于遥感中山市翠亨新区城市地质调查研究［D］.抚州：东华理工大学，2020.

［8］周志全，霍新琴.遥感技术在地质灾害调查中的应用研究［J］.地矿测绘，2020，3（4）：102-103.

［9］李晓莲，孟武.天水市北山滑坡群危害预测与地质灾害防治措施［J］.河南科技，2020，39（28）：142-144.

［10］迟瑶.InSAR技术在阿克苏地区地质灾害调查中的应用［J］.河南科技，2021，40（7）：125-128.

［11］何世中，石磊，周成凤，等.安徽泾县地质灾害风险调查与评价（1∶50000）遥感解译应用效果探讨［J］.安徽地质，2022，32（2）：170-173，192.

收稿日期：2023-10-31

基金项目：河南省地质研究院地质科技攻关项目“地质安全风险防控技术研究（2023-907-XM016）;“黄河流域（河南段）尾矿库智能化信息提取应用研究”（2023-907-XM016-KT02）。

作者简介：韩子清（1992—），男，硕士，助理工程师，研究方向：地质遥感、数字地理信息技术。