遥感技术在地质灾害中的应用综述

遥感技术在地质灾害中的应用摘要：地质灾害是目前威胁经济建设和人类生存环境，并造成巨大损失的一种重大自然灾害，本文讨论遥感技术在滑坡，泥石流等地质灾害中的应用，充分说明了遥感技术在地质灾害的调查，监测，应用研究，分析评价方面的突出表现。关键字：地质灾害，遥感技术，滑坡，泥石流1.引言遥感技术在地质灾害工作中的应用，主要体现在监测，调查，分析研究三方面，而且应用比较成熟。它能快速提供大面积地区的位置、分布、范围、规模、类型、发育环境等数据和图件，给地质灾害的预防及防治提供了大量的信息，随着技术的不断成熟，必将在防震减灾工作中发挥不可替代的作用。地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无论是滑坡、泥石流等灾害个体，还是由它们组合形成的灾害群体，在遥感图像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别。因此，对滑坡和泥石流等地质灾害的规模、形态特征及孕育特征，均能从遥感图像上直接解译圈定。而且运用遥感成果结合遥感图像区域地形地貌和地质构造信息的提取，野外重点地质灾害现场调查查证相结合的技术和方法，形成地质灾害的三维空间表达，可以深入了解和掌握地质灾害发生发展的成因机理、趋势和规律，为防灾避难提供了相关的数据支撑，有利于灾害监测和提早防治。本文讨论遥感技术在滑坡，泥石流等地质灾害中的应用，充分说明了遥感技术在地质灾害的调查，监测，应用研究，分析评价方面的突出表现。2.遥感技术在地质灾害调查中的应用滑坡、崩塌、泥石流的分布不仅和岩性有关,而且和断层线、褶曲轴部、节理裂隙带等构造有关，在图像上可以看到，滑坡、崩塌、泥石流常沿这些线性构造密集带或环形构造边缘呈线状或带状分布。这三者一般发生在由不稳定物质覆盖的地区。通过对不同时相的遥感资料的对比分析可以预测易于发生这些灾害的不稳定地区，也可以调查已发生的这些地质灾害。这里我们主要用到以下一些技术。(1)首先是ETM影像处理技术的应用[1]，该遥感信息源以ETM遥感影像和地形图为基础，根据资源卫星遥感图像5个波段对地物的反映特征，所选择的波段为4+3+2等一些合成方案，对上述遥感影像经过几何纠正、彩色合成、图像增强等处理，其中图像增强采用的方法有增强、滤波、去相关拉伸变换、纹理特征提取变换和假彩色合成变换，使其较明显地反映地质灾害的发育状况和分布特征。再者就是TM影像的数字处理[12]，通过对TM影像进行处理分析并提取有关的空间及光谱信息，所用遥感资料来自Landsat-6的TM图像。在TM图像的数字处理过程中，主要运用了主成分变换、缨帽变换、比值增强、IHS变换以及反差增强和空间增强等手段。合成的图像色彩适中，信息丰富，便于应用，从而有利于地质灾害的解译。根据工程需要，对不同的空间数据和属性数据进行叠加复合，从而能够更加精确地解译地质灾害的分布类型、发育状况及危害特征。以藏南拉轨岗日地区为例，在野外实地调研的过程中我们发现，研究区已发生或潜在的地质灾害很多，主要包括崩塌、滑坡和泥石流等类型。这些地质灾害的分布范围具有一定的规律性，他们的分布区域大多与断裂等地质构造的影响区域同步，且强度和规模也与距断裂等地质构造的远近成正相关。通过对该地区遥感分析可知，在藏南拉轨岗日地区，崩塌、滑坡这两种地质灾害大多与断裂这一控灾构造直接有关，而泥石流的发生则与断裂间接有关，遥感分析与实际情况吻合。(2)然后是数字滑坡技术的应用[2]，“数字滑坡”技术，就是以遥感(RS)和空间定位方法为主，结合其他勘探、试验、调查手段获取数字形式的、与地理坐标配准的滑坡基本信息；并利用GIS技术存贮和管理这些数字信息；在此基础上，根据滑坡地学原理进行空间分析，研制各类模型,并服务于滑坡调查、监测、研究、滑坡灾害评价、危险预测、灾情评估、滑坡防治等。在青藏交通线分析中，以ETM卫星影像为主要遥感信息源，即以一定分辨率的ETM卫星影像为主要遥感信息源，以一定比例的数字地形及数字地理底图为地理控制，重点灾害区采用高分辨率的IKONOS卫星影像，以实测GPS控制点为地理控制，以人机交互解译，获得研究区地质环境及大型地质灾害的基本资料。在此基础上，以遥感与地理信息系统结合的方法技术，基于地学原理进行灾害与环境空间分析，调查指定区域的地质环境与灾害。或者结合其他调查手段获取滑坡基本信息及其发育环境信息，并用GIS技术存储和管理这些数字信息，在此基础上，根据滑坡地学原理进行空间分析，研制各类模型，并服务于滑坡调查、监测、危险预测、灾害评估、滑坡防治等[5]。(3)微波遥感的应用，主要是成像雷达技术[7]，随着SeasatSAR及SIR-A/B等卫星、航天飞机雷达的相继升空，获得的雷达影像，提供十分丰富的地质构造、岩性、隐伏地质体等地质矿产信息。雷达遥感已经深入到地壳形变、地震孕育、板块运动及地面沉降测量等地质研究各领域。应用于对地观测，如岩性识别、区域构造分析、矿产调查、地质填图等，给传统的地质学带来了新的活力。成像雷达技术现阶段主要在地面沉降和滑坡监测，活火山监测，地震地表形变等方面广泛应用，并以结果精确著称。(4)多源影像融合技术[8]，在“5·12”地震诱发的滑坡、崩塌、泥石流以及堰塞湖等地质灾害中，运用遥感技术可以进行大范围的地质灾害调查与监测，使应急速度得到显著提高，采用图像融合技术，在对图像融合方法分析的基础上，结合地质灾害调查的任务和研究区具体情况，以全色SPOT和多光谱TM影像为数据源，进行数据融合算法及图像质量评价研究，能发挥遥感技术在地质灾害调查中的优势。在针对四川省“5·12”震后青川、平武县进行研究，结合地质灾害调查任务及地学数据的空间性、多源性等特点，以2.5m分辨率全色SPOT图像和多光谱TM遥感影像数据为数据源，在对遥感图像融合方法研究的基础上，借助Matlab、ERDASI-MAGINE、ENVI等图像处理工具，分别运用主成分分析、乘积运算、Brovey变换、HSV彩色合成、IHS变换、小波变换等对研究区进行了图像融合实验，并对不同的融合结果进行了比对分析，使融合后的图像更利于在地质灾害调查中提取灾害信息，地质、构造、土地利用等孕灾背景及房屋、道路等承灾体信息。通过上述融合算法和实验分析，针对不同的提取目标，对研究区的SPOT与TM数据进行了融合处理。根据提取地物性质选择适当的TM波段组合与SPOT融合，较好地提取滑坡、崩塌等地质灾害及水体、土地利用、建筑、道路等孕灾因子和承灾体，从而提高了解译精度。针对研究区具体情况，在融合时，TM影像波段选取主要根据TM各波段的地物波谱特征及应用特点，选取不同的波段组合以突出不同的地物。利用地质灾害在图像上的色调、阴影、纹理及形态等，并结合附近地形、岩性、构造、植被、水系等环境因素综合判断解译，可以勾绘出灾害范围、确定其类别、规模、分布规律等。(5)无人机技术的应用[6]，应用无人机遥感进行地质灾害调查有很多优势，在地质灾害调查方面，应用无人机遥感技术可对地质环境和地质灾害进行及时、循环监测，能快速、准确的采集地质灾害发生的范围、程度和源头等信息数据。在子长县地质灾害遥感解译使用的是无人机航片最终生成的数字正射影像图，以西气东输管道为对象，对各类地物在遥感图像上所显示的形状、大小、色调、阴影、纹理、影像结构、图案花纹以及与之有联系的地质、地貌、土壤、水文、植被、气候、人文活动等形成的影像特征进行综合分析后确立解译标志，依据解译标志完成了调查区的目视解译。通过解译，调查区地质灾害主要有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、溯源侵蚀等几种，地质灾害在空间上具有相对集中和条带状展布的规律，灾害点集中在河谷及其支流两岸斜坡和黄土梁峁部位；在区域上主要分布于黄土厚度较大尤其是晚更新世黄土厚度相对较大的地区。外业复核得到验证，说明了无人机技术的可靠。另外在防灾及灾害应急救援指挥、土地利用、矿产资源开发重点和热点地区的监测等方面也发挥了重要应用。3.遥感技术在地质灾害监测中的应用常见的地质灾害在遥感影像上都具备一定的特征，根据这些特征，可以从遥感影像上划分出地质灾害易发区，进而对其进行调查和监测，掌握其最新情况和动态，为分析评价提供可靠依据。S(RS、GIS、GPS)技术的应用[11]，是指将3S（RS，GIS，GPS）技术有机结合，采用多类型、多波段、多时相TM、SPOT、ERS-SAR和RADARSAT等图像数据融合及其正射影像制图技术，提取大量地质灾害和构造变形的有关信息。所用的遥感数据主要有多时相SPOT图像、Landsat-TM图像、ERS-SAR和RADARSAT雷达图像。根据地区地质构造特点，对这些数据进行图像处理和信息提取。将遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析方法引入区域地质灾害分析，可大幅度提高工作效率和研究水平。遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析法综合利用3S技术、遥感图像数字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科技，通过遥感图像的正射影像处理、多类型遥感图像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工序，按照一定比例尺和飞行路线生成测区的虚拟三维影像动画系列图，以解决数字区调工作者面临的实际问题。4.遥感技术解译解译一般分两种，一种为目视解译，一种为计算机解译。在汶川地震次生地质灾害研究中，为了获取全面的信息，解译采用人工目视方法解译，解译过程中遵循全面客观的原则，保证解译区域全面，对于有些区域还比对不同的数据源，更精确地分析识别次生灾害，力求解译结果客观准确。(1)航空影像解译[9]，利用航空影像对青川县红石河区域进行遥感解译，并结合汶川地震前研究区地质灾害调查数据进行对比分析。地质灾害在航空遥感影像上具有明显的形态、色调和纹理特征。(2)数字滑坡技术解译，由于汶川地震引发的地质灾害与降雨诱发地质灾害发生机理上的不同，使得研究区地质灾害在航空影像上形成了显著的震后特征：地震诱发的滑坡以长条形、勺形和不规则形居多，崩塌滑坡多成群分布，且面积较大，崩塌多沿山脊呈线状展布。由于地震诱发大中型滑坡多具有高速远滑的特点，灾害体多沿沟谷呈碎屑状流动，因而在纹理上具有明显的流纹特征。相比降雨诱发泥石流灾害，地震诱发的泥石流在成灾时间上具有明显的滞后性，在航空影像上坡面泥石流比较多见，大多数沟谷型泥石流沟为潜在泥石流沟，在航空影像上可见到丰富的物源。边坡的坡度对滑坡也有一定的控制作用。单就滑坡而言，在某一地区条件下存在着一个容易引发的角度范围，若大于该角度范围，则容易引起崩塌。汶川地震诱发的崩塌、滑坡、泥石流具有明显的灾害链效应，崩塌滑坡体往往成群出现，或多混合出现。(3)地震次生山地地质灾害遥感调查处理[4]，对汶川县地震次生山地地质灾害遥感调查，利用先进的RS、GIS技术，在DEM的基础上，结合地质信息，通过水系流域的划分，探讨地震地质灾害的特点和分布规律，为预防预警次生山地地质灾害提供了新的思路和方法。山地地质灾害在遥感图像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别。因此，对山地地质灾害的规模、形态特征及孕育特征，均能从遥感影像上直接判读圈定。(4)虚拟GIS和空间分析解译[3]，是基于虚拟GIS和空间分析技术在小流域泥石流地质灾害遥感解译中的方法及其应用，对小流域泥石流调查分级、泥石流沟谷与地质环境要素提取等方法，有效地改善了遥感解译环境，提高了解译精度与工作效率，获得了丰富的地质环境信息，成为区域性泥石流调查的有效手段。该方法的思路为，综合利用虚拟GIS、遥感图像数字处理技术、空间分析技术，将大尺度的区域调查降级为小尺度的空间模型单元，针对各单元应用遥感影像和高精度DEM数据创建三维虚拟场景，同时叠加地形、地质、灾害等具有丰富属性信息的图层。该方法能较好地解决平面遥感解译的缺点和大尺度区域调查所带来的海量数据等问题。5.结束语遥感是1960年代蓬勃发展起来的一门综合性探测技术，是用卫星、飞机或其他飞行器作运载工具，以电磁能检测和量度目标性质的一种技术手段[13]。遥感在地质灾害中的应用越来越体现优势，其应用也在不断深入，随着遥感技术的进一步发展，它在地质灾害中的作用将更加突出。未来遥感技术将在地震、火山、地面沉降等地质灾害研究领域得到