張強(qiáng)

中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，中國(guó) 吉林 長(zhǎng)春 130000

1 引言

遙感技術(shù)的興起和發(fā)展拓寬了公眾的視野[1-3]，具有宏觀、綜合、多尺度的特點(diǎn)[4]。已成為地質(zhì)研究和地質(zhì)調(diào)查的必要手段，特別是在礦產(chǎn)勘查、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面。論文以中國(guó)吉林省臨江市為例，借助多光譜、高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感解譯。遙感影像、1∶5萬(wàn)地形圖、1∶10萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查圖等多源數(shù)據(jù)融合。通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別和人機(jī)交互解釋，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害類型、邊界、規(guī)模和形態(tài)特征進(jìn)行解釋，提取必要的地質(zhì)災(zāi)害信息，分析地質(zhì)災(zāi)害的成因和發(fā)展規(guī)律。

2 研究區(qū)域概況

本次地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯區(qū)域?yàn)橥ɑ袇^(qū)（包括二道江區(qū)和東昌區(qū)），面積761km2。通化市區(qū)地處中國(guó)吉林省東南部長(zhǎng)白山地，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較差，人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈，對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響較大，加之雨季降水集中，常出現(xiàn)大到暴雨及連續(xù)降雨，因此區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)，泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。

3 數(shù)據(jù)源

3.1 數(shù)據(jù)收集

收集工作區(qū)遙感影像、地形圖等數(shù)據(jù)。根據(jù)調(diào)查目的和研究對(duì)象，選取高分1號(hào)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，全色分辨率為2m，多光譜分辨率為8m。結(jié)合遙感地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)，減少云、雪、植被等對(duì)地質(zhì)體的影響。選擇當(dāng)年春季Landsat8全波段遙感影像1景，全色分辨率15m，多光譜分辨率為30m，條帶號(hào)（Path）為117，行編號(hào)（Row）為31，云量0.04%。收集工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃圖、地貌圖、地質(zhì)圖等數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

遙感圖像處理分為多光譜合成與幾何校正兩個(gè)步驟，根據(jù)不同地物選擇合適的三個(gè)波段進(jìn)行組合，形成30m分辨率的多光譜圖像，而后根據(jù)地面控制進(jìn)行幾何校正。Landsat8遙感影像須在合成30m分辨率的多光譜圖像后再與15m分辨率的全色數(shù)據(jù)相融合，最終形成經(jīng)幾何校正及地理配準(zhǔn)的15m分辨率的多光譜圖像。圖像幾何校正采用多項(xiàng)式擬合法，幾何校正均方差不大于1個(gè)像元。再進(jìn)行裁切和融合，得到處理后的Landsat8遙感影像。高分辨率遙感數(shù)據(jù)處理是將單波段數(shù)據(jù)分別合成8m分辨率的多光譜圖像，再與2m分辨率的pan圖像融合形成2m分辨率的多光譜圖像。用地形圖校正多光譜融合圖像。幾何校正采用多項(xiàng)式擬合方法，幾何校正的均方誤差不大于6像元，然后進(jìn)行鑲嵌和裁切，得到處理后的高分辨率遙感影像。本研究還從1∶5萬(wàn)地形圖中提取高程點(diǎn)和等高線數(shù)據(jù)，應(yīng)用ARCGIS中3D Analyst Tools（3D分析工具），創(chuàng)建TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)），再將TIN轉(zhuǎn)換成Raster，生成工作區(qū)DEM。以DEM為基本地形數(shù)據(jù)，應(yīng)用ARCGIS中Spatial Analyst Tools（空間分析工具）中Surface（表面分析），生成坡度圖、坡向圖等數(shù)據(jù)，主要為崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡提取提供數(shù)據(jù)支持；應(yīng)用Spatial Analyst Tools（空間分析工具）中Hydrology（水文分析）進(jìn)行水文分析，主要為泥石流提取提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 解釋方法

根據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特征和遙感影像特征，建立解譯標(biāo)志。在遙感解譯中，常用色調(diào)深度、色調(diào)均勻性和邊界清晰度來(lái)描述照片的色調(diào)特征。通常需要通過(guò)顏色、陰影、水系、紋理特征、植被、位置等來(lái)解釋目標(biāo)特征。

3.3.1 崩塌

崩塌地質(zhì)災(zāi)害多分布在溝谷、道路、河流等巖性堅(jiān)硬、節(jié)理發(fā)育的陡峭邊坡地段，陡坡周圍堆積成巖堆或到石堆，總體影像粗糙，微地貌起伏不平，如地表有植被覆蓋往往呈叢狀；崩塌體后緣發(fā)育有帶狀分布的陡峭山崖或絕壁，在遙感影像上陽(yáng)坡為淺色調(diào)區(qū)塊、陰坡呈濃重的陰影區(qū)帶；崩塌體呈淺色調(diào)不規(guī)則板塊影像，且常常成群、成帶出現(xiàn)。崩塌在崩落過(guò)程受重力控制，與坡度和坡向都存在密切關(guān)系，其地學(xué)遙感解釋機(jī)理主要為光譜特征、地形特征、形狀特征及邊緣特征?；诒敬蔚谋浪刭|(zhì)災(zāi)害遙感解譯的主要本底值選取植被指數(shù)、土壤亮度指數(shù)、地形指標(biāo)等。

3.3.2 滑坡

滑坡是一定自然條件下的斜坡，由于河流沖刷、人工切坡、地下水活動(dòng)或地震等因素的影響，使部分土體或巖體在重力作用下，沿一定的軟弱面或帶，整體、緩慢、間歇性、以水平位移為主的變形現(xiàn)象。本次滑坡遙感解譯主要選取植被指數(shù)、土壤亮度指數(shù)、順坡性指數(shù)和坡度作為背景值。在滑坡解釋中引入了邊緣檢測(cè)和紋理特征提取。背景值提取滑坡的滑坡遙感信息，在實(shí)際工作中，為了探索一種信息提取方法，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)滑坡特征，決策樹建模，提取信息，然后監(jiān)測(cè)和Canny算子提取邊緣圖像融合處理，從而達(dá)到提取風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的目的。

3.3.3 泥石流

首先，泥石流信息的遙感背景值計(jì)算是將主成分變換得到的植被指數(shù)、土壤亮度指數(shù)和遙感第一主成分圖像進(jìn)行綜合計(jì)算，得到新的第一主成分圖像。在此過(guò)程中，增大了泥石流與周圍地物光譜值的差異，便于閾值選擇算法準(zhǔn)確有效地提取泥石流候選區(qū)域。一步集成操作獲得第一主成分圖像、多峰直方圖閾值的新使用泥石流自動(dòng)提取閾值選擇算法，基于閾值的提取滑坡候選區(qū)域，在這一過(guò)程中需要使用形態(tài)學(xué)濾波的部分實(shí)行封閉運(yùn)行新的灰度圖像不是純像元進(jìn)行處理。

其次，利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，去除“短分支”和離散點(diǎn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)封閉操作，得到連續(xù)性良好的山谷中心線。利用形態(tài)學(xué)濾波擴(kuò)展算法對(duì)獲得的具有一定核心大小的連續(xù)谷中心線進(jìn)行擴(kuò)展運(yùn)算，得到谷范圍。

最后，基于泥石流候選區(qū)域二值圖像和溝道范圍二值圖像，進(jìn)行圖像匹配處理，得到疑似泥石流柵格圖像點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行矢量化，然后根據(jù)泥石流的形成條件和泥石流的空間特征，對(duì)泥石流矢量圖像斑塊的面積、坡度和坡度適宜性進(jìn)行篩選，最終得到泥石流矢量圖像斑塊。

3.3.4 不穩(wěn)定斜坡

一般在比較陡峭的斜坡上，基巖裸露，植被稀疏，有發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能，在遙感影像上呈淺色調(diào)，一般在假彩色影像上呈灰白或白色，周圍植被發(fā)育區(qū)呈粉紅色或者大紅色，不穩(wěn)定斜坡解譯標(biāo)志與崩塌有類似之處，崩塌為已發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，有倒石堆。不穩(wěn)定斜坡是有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害如崩塌、滑坡等，與坡度和坡向都存在密切關(guān)系。

4 結(jié)論和討論

4.1 解釋結(jié)果與驗(yàn)證

通化市區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，主要分布在該區(qū)域的東北和西南部，這些區(qū)域人類活較為劇烈，分布一定數(shù)量的采礦用地及人工建筑。地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在山腳下、植被稀疏地帶。通過(guò)統(tǒng)計(jì)：崩塌32處，發(fā)生面積為39.56hm2；泥石流5處，發(fā)生面積為3.34hm2；滑坡3處，發(fā)生面積為2.67hm2，不穩(wěn)定斜坡31處，面積為21.65hm2。災(zāi)害總面積達(dá)67.22hm2。解譯地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)71個(gè)，野外驗(yàn)證63個(gè)，野外驗(yàn)證率達(dá)88.73%，解譯正確率為79.37%。

4.2 解釋評(píng)價(jià)分析

采用多光譜、高分辨率遙感影像等多源數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害特征采取有針對(duì)性的方法能夠有效地提取地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，解釋精度達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生主要受自然因素、人為因素兩方面因素影響，人為因素主要是人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)，包括修建道路、開挖隧道、開采礦山等，自然因素主要是地貌、巖性等地質(zhì)環(huán)境條件，以及日曬、降雨等。崩塌主要發(fā)生在道路旁，泥石流主要發(fā)生在受雨水沖刷有一定坡降的溝谷區(qū)域。本次遙感解譯精度能夠指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作開展，但是由于遙感影像成像內(nèi)外因素影響，存在“同物異譜，異物同譜”現(xiàn)象，同時(shí)受個(gè)人影像判讀經(jīng)驗(yàn)影響，造成一些解譯點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確?？傮w來(lái)看，解譯精度能夠滿足技術(shù)規(guī)范要求，達(dá)到解譯工作目的，發(fā)揮了在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作中的作用。