邵澤興，穆 超，陳正強，孟 丹，王興文，邱 莉

（1.湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010；2.義烏市國土資源局，浙江 義烏 322000）

采用無人機獲取典型地質(zhì)災害區(qū)域低空遙感數(shù)據(jù)并對其進行研究，可以更好地建立健全地質(zhì)災害應急監(jiān)測體系，通過對不同類型、不同地形條件的地質(zhì)災害區(qū)域進行低空遙感數(shù)據(jù)獲取及應用實驗，摸索出一套切實可行的方法，推進低空遙感在地質(zhì)災害應急監(jiān)測中的應用；通過無人機獲取數(shù)據(jù)制作地質(zhì)災害區(qū)域DOM，實現(xiàn)對地質(zhì)災害點的識別與解譯，查明地質(zhì)災害分布特征，為監(jiān)測治理提供依據(jù)，為防災減災，快速應急響應工作提供技術服務。

本文所提及的4個典型地質(zhì)災害區(qū)域包含崩塌、滑坡、泥石流等常見地質(zhì)災害類型，在地域及地質(zhì)災害類型上均具有一定的代表性。通過研究4個代表性地質(zhì)災害區(qū)域遙感數(shù)據(jù)獲取的特點，分析地質(zhì)災害區(qū)域遙感影像特征、地質(zhì)背景解譯情況、地質(zhì)災害解譯情況等，揭示地質(zhì)災害成因，可以為今后同類地質(zhì)災害遙感數(shù)據(jù)獲取及地質(zhì)遙感解譯提供很好的示范作用。

1 研究區(qū)域概況

選擇典型地質(zhì)災害區(qū)域，重點選取地質(zhì)災害體特征明顯、分布范圍較大、災害體內(nèi)部及其周邊地區(qū)有較多居民或者重要公路、建筑物等分布，危害性較高的地質(zhì)災害體。在湖北省范圍內(nèi)選擇4個具有代表性的地質(zhì)災害區(qū)域，分別為十堰市鄖縣城關鎮(zhèn)牧場溝村黃家槽滑坡（南水北調(diào)工程丹江口庫區(qū)范圍內(nèi)）、巴東縣黃土坡滑坡區(qū)（三峽庫區(qū)范圍內(nèi)）、神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)泥石流（湖北省重大泥石流）、黃石市板巖山危巖（市區(qū)邊緣）（圖1）。

2 典型地質(zhì)災害區(qū)域遙感數(shù)據(jù)獲取技術路線

圖1 黃石市板巖山危巖體衛(wèi)星影像圖

低空遙感地質(zhì)災害研究內(nèi)容包括災害應急監(jiān)測（災情評估和空中巡查搜救）、次生災害排查調(diào)查以及災后恢復治理與重建等。地質(zhì)災害應急監(jiān)測需要快速生成災害點優(yōu)于0.2 m分辨率的DOM、DEM和影像解譯圖；災害排查需要獲取災害區(qū)域附近大面積遙感影像，此時可適當放寬影像分辨率，獲取災害區(qū)周圍0.5 m分辨率的DOM；災后恢復治理與重建需要對災害體進行大比例尺測繪，生產(chǎn)0.2 m分辨率地形數(shù)據(jù)，滿足災后重建規(guī)劃和建設需求。

2.1 低空遙感數(shù)據(jù)獲取

為了滿足以上不同地質(zhì)災害應急監(jiān)測階段對遙感數(shù)據(jù)的應用需求，采用無人機對4個典型地質(zhì)災害區(qū)域進行航攝，完成各災害區(qū)域1∶2 000 DLG、1∶2 000DEM和1∶2 000 DOM、1∶5 000 DOM快拼等任務，具體工藝流程見圖2。

2.2 不同災害類型航攝數(shù)據(jù)采集

低空遙感數(shù)據(jù)采集航線設計，有3點需要考慮：①保障設備儀器的安全；②同一飛行高度上，需兼顧最高點及最低點分辨率（<0.2 m）、影像重疊率（航向重疊度60%～80%、旁向重疊度15%～60%）等指標要求；③影像無航攝漏洞，盡量保證有足夠的光照度，避免過大的陰影，利于地質(zhì)背景條件解譯。

圖2 低空遙感數(shù)據(jù)獲取總體技術路線

1）滑坡地質(zhì)災害類型數(shù)據(jù)采集，選擇垂直于滑坡體滑動的方向飛行，根據(jù)滑坡體地形的高差，分不同攝影航高飛行，分區(qū)內(nèi)地形高差不大于1/6攝影航高。主要采集滑坡的完整特征，如滑坡體、滑坡壁、滑坡舌等區(qū)域。采集范圍向滑坡體區(qū)域外擴200 m為宜，有助于滑坡形態(tài)的展示和解譯。

2）泥石流地質(zhì)災害類型數(shù)據(jù)采集，選擇平行于泥石流的流動方向飛行，由于泥石流多發(fā)于山谷之間，需特別注意儀器設備安全。在容許的情況下，可適當犧牲影像分辨率，換取更高的攝影航高。數(shù)據(jù)范圍主要采集泥石流的流通區(qū)、堆積區(qū)及周邊至山脊區(qū)域。流通區(qū)坡面巖石破碎嚴重，滑坡眾多；堆積區(qū)一般屬于危害區(qū)，宜重點采集。

3）崩塌地質(zhì)災害類型數(shù)據(jù)采集，選擇東西向平行于災害范圍直線飛行，崩塌一般區(qū)域較小，可采用同一攝影航高飛行。數(shù)據(jù)主要采集崩塌面及坡腳處形成的崩塌倒石堆（危害區(qū)），由于崩塌面往往屬于傾角很大的界面，所以某些崩塌面影像利用無人機垂直攝影難以獲取，此時可采用帶傾斜相機的無人機或旋翼型無人機。

3 低空遙感影像地質(zhì)災害遙感解譯

利用地質(zhì)災害區(qū)域最終DOM成果，對選定的4個地質(zhì)災害區(qū)進行地質(zhì)要素遙感解譯。并針對解譯結(jié)果，進行野外驗證和校正，驗證解譯結(jié)果的準確性，形成最終的解譯標志，編制遙感解譯圖件。在分析和研究工作區(qū)已有資料和遙感數(shù)據(jù)特征的基礎上，獲取區(qū)域地質(zhì)背景及地質(zhì)災害體信息。采用Erdas、ENVI和ArcGIS等專業(yè)軟件作為平臺，建立以上各解譯目標的解譯標志，完成遙感解譯工作。

3.1 典型地質(zhì)災害區(qū)域遙感解譯標志的建立

3.1.1 滑 坡

滑坡屬于斜坡變形形成的不良地質(zhì)現(xiàn)象，指斜坡上的部分土體或巖體沿著一定的面或帶整體向下滑移的現(xiàn)象?；碌倪b感解譯主要通過遙感圖像的形態(tài)、色調(diào)、陰影、紋理等進行。結(jié)合遙感數(shù)據(jù)特征，對滑坡遙感影像解譯標志特征歸納如下：

1）典型的影像特征?；略谶b感圖像上多呈簸箕形、舌形、橢圓形、長椅形、倒梨形、牛角形、平行四邊形、菱形、樹葉形、疊瓦形或不規(guī)則狀等平面形態(tài)，個別滑坡可以見到滑坡壁、滑坡臺階、滑坡舌、滑坡周長、封閉洼地、大平臺地形（與外圍不一致、非河流階地、非構(gòu)造平臺或風化差異平臺）、反傾向臺面地形、小臺階與平臺相間、淺部表層塌滑廣泛等。

2）地貌形態(tài)特征。除上述對滑坡體本身圖像進行解譯外，還應從大范圍的地貌形態(tài)進行判斷，如滑坡多在峽谷中的緩坡、分水嶺地段的陰坡、侵蝕基準面急劇變化的主、支溝交會地段及其源頭等處發(fā)育。河谷中形成的許多重力堆積的緩坡地貌，大部分系多期古滑坡堆積地貌。在峽谷中見到壟丘、坑洼、階地錯斷或不銜接、階地級數(shù)變化突然或被掩埋成平緩山坡、蠕滑成起伏丘體、谷坡顯著不對稱、山坡溝谷出現(xiàn)溝槽改道、溝谷斷頭、橫斷面顯著變窄變淺、溝靡縱坡陡緩顯著變化或溝底整體上升等，這些現(xiàn)象都可能是滑坡存在的標志。

3）植被特征?；麦w上的植被與周圍植被不一致，較周圍植被年輕等。

4）水文特征。不正常河流彎道、局部河道突然變窄、滑坡地表的濕地和泉水等，斜坡前部地下水呈線狀出露，也是滑坡的良好解譯標志。

3.1.2 崩 塌

崩塌一般發(fā)生在節(jié)理裂隙發(fā)育的堅硬巖石組成的陡峻山坡與峽谷陡岸上。崩塌堆積體的解譯相對簡單，對崩塌遙感影像解譯標志特征歸納如下：

1）位于陡峻的山坡地段，一般在55°～75°的陡坡前易發(fā)生，上陡下緩，崩塌體堆積在谷底或斜坡平緩地段，表面坎坷不平，有時可出現(xiàn)巨大塊石影像。

2）崩塌輪廓線明顯，有時處于遙感圖像的陰影區(qū)，不易識別。崩塌壁顏色與巖性有關，但多呈淺色調(diào)或接近灰白，不長植物，崩塌體上植被不發(fā)育，僅在老崩塌堆積體可見零星分布的植被，近期發(fā)生的崩塌，崩塌面和錐狀崩塌堆積物的色調(diào)與周圍地物具有顯著差異，崩塌壁在斜坡上呈條帶狀，在平面上呈鋸齒狀，其下方雜亂的崩塌堆積物在圖像上呈斑點狀紋理，植被較外圍稀少或基本沒有植被生長。

3）崩塌體上部外圍有時可見到張節(jié)理形成的裂縫影像。

4）有時巨大的崩塌堵塞了河谷，在崩塌處上游形成小湖，而崩塌處的河流本身則在崩塌處形成一個帶有瀑布狀的峽谷。

3.1.3 泥石流

泥石流是一種由泥砂石塊等松散碎屑物質(zhì)和水、氣構(gòu)成的流體。根據(jù)不同的發(fā)育階段和形態(tài)特征可分為坡面泥石流和溝谷泥石流。泥石流解譯內(nèi)容包括類型、流域面積、主溝長度、主溝縱降比、流域平均坡度和堆積物厚度、危害區(qū)范圍等。泥石流解譯一般要劃分出物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)，通過對物源區(qū)微地貌及地表景觀變化、流通區(qū)溝谷特征和堆積區(qū)泥石流扇體形態(tài)及紋理特征等的綜合解譯判定泥石流。

3.2 典型地質(zhì)災害區(qū)地質(zhì)背景解譯情況

對選取的4個典型地質(zhì)災害區(qū)域進行地質(zhì)遙感解譯，分別從災害體遙感影像特征、地質(zhì)背景解譯情況、地質(zhì)災害解譯情況等方面分析地質(zhì)災害成因。下面以黃家槽滑坡區(qū)為例進行說明，見圖3。

圖3 黃家槽滑坡三維影像圖

1）災害體遙感影像特征。黃家槽滑坡呈灰綠色，居民區(qū)密集，滑坡后緣表面植被破壞嚴重，黃褐色土體出露，后緣以弧狀山脊為界，其展布方向大致為北西向，中段向北東向外突。邊界線較明顯，后緣壁為巖質(zhì)陡坎，呈圈椅狀?；虑熬壷钡譂h江河漫灘，臨空條件較好?；伦髠?cè)以凸形坡為界，凸形坡走向近東?；掠覀?cè)以凸形山嘴為界，其側(cè)緣展布方向近西向。該處覆蓋層較薄，邊界明顯受基巖控制。

2）地質(zhì)背景解譯情況。工作區(qū)內(nèi)地層上部以第四系殘坡積（Qel+dl）碎石土為主，表部為較薄的粉質(zhì)粘土夾礫石。下伏基巖為白堊系上統(tǒng)寺溝組（K2S）粉砂質(zhì)泥巖夾含礫粉砂巖，斜坡為土質(zhì)斜坡，下伏基巖巖層產(chǎn)狀與坡向構(gòu)成逆向坡結(jié)構(gòu)。兩隕斷裂從工作區(qū)穿過，黃家槽滑坡位于兩隕斷裂以北約3.3 km處，該斷裂呈北西走向，貫穿鄖縣縣境，兩側(cè)多發(fā)育平行的次級構(gòu)造。目前滑坡區(qū)整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，區(qū)內(nèi)早期變形的3處小型滑坡在應力釋放后，滑體由高勢能態(tài)轉(zhuǎn)為低勢能態(tài)而趨于穩(wěn)定。

3）地質(zhì)災害解譯情況。無人機航攝工作區(qū)共解譯15處地質(zhì)災害點，災害類型均為滑坡。黃家槽滑坡區(qū)位于漢江北岸岸坡中下部、牧場溝村居民聚集區(qū)，所處斜坡為一凹形坡，前緣臨空，其坡向235°，坡面經(jīng)人工改造成階梯狀，總體坡度約29°。坡頂高程229 m，坡腳為漢江二級階地，高程170 m，坡高59 m?；聟^(qū)屬侵蝕堆積丘陵地貌，前緣為寬廣的河漫灘，坡度約5°。漢江于此處流向為135°方向，其支溝較發(fā)育。

3.3 解譯過程中存在的問題及解決方法

無人機航攝飛行高度較低，空間分辨率高，在晴朗無云天空采集的影像亮度較大，地物本身形成的陰影不明顯，使得地形識別有困難，用于地質(zhì)災害解譯方面難度增加。神農(nóng)架松柏鎮(zhèn)位于大山區(qū)域，地形起伏較大，無人機在飛行過程中遇到了種種困難，造成成果影像反差較大，云陰影較重，也使災害體識別難度增加。采用的解決方法是通過加載DEM，來更好地區(qū)分區(qū)域的地形變化，輔助識別地質(zhì)災害體。

DEM和DOM是地質(zhì)災害點解譯中不可缺少的資料，三維仿真模擬能夠宏觀展示區(qū)內(nèi)地形地貌情況，真實地反映工作區(qū)內(nèi)地形起伏狀況，由于滑坡、泥石流受地形影響較大，因此三維影像對這兩種地質(zhì)災害的解譯起到了重要的指導作用。同時輔以地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)，可以更好地了解區(qū)域環(huán)境條件。

4 結(jié) 語

本研究采用無人機低空遙感技術結(jié)合地質(zhì)遙感解譯方法，獲取典型地質(zhì)災害區(qū)域遙感數(shù)據(jù)，對典型地質(zhì)災害體從遙感影像特征、地質(zhì)背景解譯、地質(zhì)災害解譯等方面分析了4個典型地質(zhì)災害區(qū)域的地質(zhì)災害成因，取得了很好的示范性效果。本文提出的技術和方法，可以在地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)域進行推廣應用。

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