遙感技術(shù)在中原城市群地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃中的應(yīng)用

陳廣東，王繼華，田君慧（河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河南省鄭州市450016）

遙感技術(shù)在中原城市群地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃中的應(yīng)用

陳廣東，王繼華，田君慧（河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河南省鄭州市450016）

利用遙感技術(shù)提取地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境背景信息，可以對大多數(shù)地質(zhì)環(huán)境因素進行量化，以便于進行地質(zhì)災(zāi)害危險性的定量化評價。本次研究結(jié)合數(shù)字高程模型和ETM+遙感圖像，進行地形地貌、土地利用類型、植被覆蓋度等地質(zhì)條件的提取，在中原城市群地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃工作中得到成功應(yīng)用。

遙感技術(shù)；地質(zhì)災(zāi)害；中原城市群

引言

現(xiàn)代遙感技術(shù)能夠提供廣闊的圖像視野、逼真的影像以及豐富的信息，將其應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查當中，能夠在宏觀上進行地質(zhì)災(zāi)害的直觀且全面的動態(tài)分析與解譯，因此對地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模與分布認識能夠進行定量，能加快調(diào)查進度，節(jié)省測繪所需要進行的工作量，并提高測繪的精度。遙感具有大面積同步觀測、時效性強，綜合性高、可比性大等特點，并且還能節(jié)省大量的人力物力。其中，綜合處理之后的多源多時相數(shù)據(jù)，不但能覆蓋較大的研究區(qū)域，而且其高分辨率特性還能滿足對單個災(zāi)害體的調(diào)查，同時還能進行不同時相數(shù)據(jù)之間的對比，完成動態(tài)監(jiān)測，是一種有效的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方法[1～2]。

遙感圖像中具有相當豐富的地理及地質(zhì)信息，綜合分析、解譯與對比多波段遙感圖像并且與數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，從而能夠進行遙感圖像的增強、融合、變換等進一步處理，兩者的結(jié)合處理能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害時所處的環(huán)境進行更加有效的識別與獲取，因此遙感技術(shù)能夠彌補傳統(tǒng)方式中收集大范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的環(huán)境資料、評價資料等方面的難題。

1 ETM+遙感影像

Landsat 7衛(wèi)星發(fā)射于1999年，上面搭設(shè)了Enhanced Thematic Mapper Plus（ETM+）設(shè)備，ETM+能夠感應(yīng)出地表所反射回來的太陽輻射和以及地球生物自身散發(fā)的熱輻射，感應(yīng)器共有8個波段，將可見光至紅外光等不同波長的光都覆蓋在內(nèi)，ETM+的具體參數(shù)如表1。

表1 ETM+參數(shù)及各波段用途

根據(jù)中原城市群的范圍（東經(jīng)111°8′～115°15′，北緯33°8′～35°50′），確定共采用陸地衛(wèi)星ETM+數(shù)據(jù)8景，見表2，圖1。

表2 ETM+衛(wèi)星數(shù)據(jù)一覽表

圖1 中原城市群遙感影像圖（543波段合成）

2 數(shù)字高程模型DEM的生成

數(shù)字高程模型即Digital Elevation Model，簡稱為DEM，它是模擬的曲面，依據(jù)為投影平面上的平面坐標（X，Y）及高程（Z）的數(shù)據(jù)集。DEM將地表的變化起伏通過縮微的形式進行重現(xiàn)，能夠更加精確、直觀、形象的觀察地表起伏情況。DEM的的網(wǎng)格和高程的精度相匹配，從而形成規(guī)則的網(wǎng)格。

多種方法都能夠形成DEM。一般就數(shù)據(jù)的采集方式與數(shù)據(jù)來源上來說有以下幾種方式：

（1）可以采用全站儀、GPS等方式直接在地面上進行測量。

（2）通過航天或是航空影像等途徑獲取DEM所需數(shù)據(jù)?？杖用芊?、立體坐標儀觀測、解析測圖儀采集法等都是常用的方式。

（3）在現(xiàn)有的地形圖基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)的采集，可以采用的方式有掃描儀半自動采集、格網(wǎng)讀點等。

中原城市群區(qū)域范圍較大，因此地面測量的方式難以將城市群區(qū)域全部覆蓋。所以綜合考慮來看第二種方式較為合適。根據(jù)遙感技術(shù)所得到的數(shù)據(jù)（SRTM數(shù)據(jù)）進行分析從而得出DEM圖（如圖2）。

3 遙感解譯

通過遙感技術(shù)進行地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時所處地質(zhì)環(huán)境等條件的提取，不僅能夠得出將地質(zhì)災(zāi)害進行定性評價的地質(zhì)環(huán)境條件，而且能夠量化大部分的地質(zhì)條件，能夠更好的進行地質(zhì)災(zāi)害的定量評價。本次研究將ETM+遙感圖像于數(shù)字高程模型結(jié)合起來，提取出植被覆蓋度、土地利用類型以及地形地貌等條件。

圖2 中原城市群DEM圖

3.1 地形地貌

重力間接或者直接作用下所導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、崩塌、泥石流等情況，影響其發(fā)育的重要因素之一便是地形地貌。雖然通過遙感圖像能夠十分容易的劃分出地貌單元，但是不容易將地質(zhì)災(zāi)害進行量化評價，地質(zhì)災(zāi)害的評價模型一般通過地形的坡向與坡度進行地形地貌的表征，重力導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害中重要條件之一便是坡度，同時它也是描述地形地貌的重要參數(shù)之一，而坡向則是劃分婆體結(jié)構(gòu)的重要因素，劃分主要通過與巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀等相結(jié)合來進行的。

地形的坡度和坡向能夠作為地質(zhì)災(zāi)害的評價因子，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地形地貌數(shù)據(jù)。并且通過GIS軟件結(jié)合數(shù)字高程模型（DEM）便能夠得到等高線圖與地形坡度，如圖3～4所示。

圖3 城市群坡度圖

圖4 中原城市群等高線圖（局部）

3.2 等高線

利用DEM在GIS中提取出城市群的等高線圖如圖4。

3.3 植被覆蓋度

植被的覆蓋情況與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生關(guān)系密切。在植被遙感中，NDVI（Normalization Difference Vegetation Index）的應(yīng)用最為廣泛。NDVI是反映植被覆蓋度以及生長狀態(tài)及的最佳指示因子。眾多國內(nèi)外的研究都表明了NDVI與植被覆蓋度，綠色生物量以及光合作用等參數(shù)有緊密的關(guān)系。NDVI的變化曲線能夠反映出人為活動以及季節(jié)更替等自然環(huán)境的變化；因此NDVI被公認為能夠監(jiān)測某一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境或是植被變化的重要指標。經(jīng)過比值處理后，NDVI能夠消除部分與太陽高度角，衛(wèi)星觀測，地形，云/陰影等的影響。

如果土壤背景發(fā)生變化，NDVI能夠十分敏感的感應(yīng)出來，并且能夠大大消除群落結(jié)構(gòu)陰影與地形對土壤背景的影響，而且還大大削弱了大氣所造成的干擾，因而提高了監(jiān)測植被覆蓋度的靈敏度，因此NDVI可以說是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重要指標。對于陸地表面主要覆蓋層而言，云、水、雪等覆蓋層在可見光波段的反射作用比近紅外波段高，因而其NDVI值為負值；巖石、裸土在兩波段有相似的反射作用，因而其NDVI值近于0；而在有植被覆蓋的情況下，NDVI為正值，且隨植被覆蓋度的增大而增大。

利用ETM+數(shù)據(jù)，進行歸一化差值計算，求取植被指數(shù)NDVI，計算公式為：

式中：DNNIR為近紅外波段地表反射率；DNR為可見光紅波段地表反射率。根據(jù)植被指數(shù)換算植被覆蓋率，計算結(jié)果見圖5。

圖5 中原城市群植被覆蓋度分布圖

4 結(jié)論

綜合運用遙感影像對中原城市群地形地貌、植被等自然環(huán)境因素進行了初步分析。結(jié)果表明，采用新一代高清晰遙感圖像可以準確實時刻畫地表環(huán)境特征，為區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃提供詳實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

大量遙感信息的有效利用是解決遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的關(guān)鍵。地理信息系統(tǒng)中存貯的信息只是現(xiàn)實世界的一個靜態(tài)模型，需要定時、及時的更新。遙感作為一種獲取和更新空間數(shù)據(jù)的強有力手段，能及時地提供準確、綜合和大范圍內(nèi)進行動態(tài)監(jiān)測的各種資源與環(huán)境數(shù)據(jù)，因此遙感信息就成為地理信息系統(tǒng)十分重要的信息源。兩者的有效結(jié)合，將為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、評價和防治工作提供強有力的技術(shù)支撐。

[1]鐘 頤，余德清.遙感在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用及前景探討.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2004，15（1）：134～136.

[2]V.Singhroy.Sar integrated techniques for geo-hazard assessment，Advances in Space Research，1995，15(11)：67～78.

[3]宋 楊.利用多時相遙感影像與DEM數(shù)據(jù)的滑坡災(zāi)害調(diào)查—以新灘地區(qū)為例，安徽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，29（3）.

P694

A

2095-2066（2016）05-0118-02

2016-2-3

陳廣東（1976-），男，工程師，本科，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作。