遙感測(cè)量在地質(zhì)災(zāi)害治理方面應(yīng)用與創(chuàng)新

盧 俊

（貴州省第一測(cè)繪院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

遙感技術(shù)在預(yù)防和控制地質(zhì)災(zāi)害中具有重要意義。通過(guò)遙感技術(shù)的應(yīng)用，保證了獲取地質(zhì)災(zāi)害具體情況的及時(shí)性和真實(shí)性，有助于提前預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害。它還可以監(jiān)測(cè)災(zāi)害的具體情況，并為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后進(jìn)行科學(xué)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐[1]。利用高科技手段對(duì)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防，監(jiān)測(cè)和災(zāi)后重建提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)，提高了應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的能力。

1 遙感技術(shù)概述

遙感技術(shù)（RS）基于電磁波理論，充分利用各種遙感儀器對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)反射或輻射的電磁信號(hào)進(jìn)行收集、分類和成像，從而對(duì)地面各種景物進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，在各類資源監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了巨大作用。遙感技術(shù)具有信息獲取范圍廣，信息獲取速度快，條件對(duì)信息獲取渠道的影響小，信息獲取方法多樣，信息量大的特點(diǎn)。由于遙感技術(shù)利用衛(wèi)星、飛機(jī)或其他收集電磁波輻射或反射信號(hào)，因此在各種飛機(jī)的快速運(yùn)行過(guò)程中，相應(yīng)的遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備可以獲得經(jīng)過(guò)該區(qū)域的實(shí)時(shí)自然資源信息，因此數(shù)據(jù)信息的更新速度非?？?，并且遙感器的高度通常超過(guò)10公里，因此遙感設(shè)備覆蓋的信息面非常寬[2]。

2 遙感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

2.1.1 用于分析災(zāi)害原因

地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)與管理，是保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的基本的任務(wù)。在具體的實(shí)施過(guò)程中，使用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)害的根本原因。通常，氣象衛(wèi)星可以及時(shí)監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)的變化，土地資源衛(wèi)星可以及時(shí)監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)變化狀況，并可以監(jiān)測(cè)地表以下的淺層部分。在實(shí)施過(guò)程中，可以利用遙感技術(shù)及時(shí)掌握災(zāi)害發(fā)生的根本原因，并根據(jù)具體情況進(jìn)行有效的監(jiān)督管理。地質(zhì)災(zāi)害通常發(fā)生在惡劣的天氣條件下[3]。我們可以使用氣象衛(wèi)星動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)每日和每年的降水，也可以使用土地資源衛(wèi)星構(gòu)建和開(kāi)發(fā)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地表的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)電磁波反饋信息分析地表特征和淺層地下特征，對(duì)即將發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害提出預(yù)測(cè)和警告。

2.1.2 合理規(guī)劃災(zāi)區(qū)

合理劃分災(zāi)區(qū)和進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查分析是監(jiān)測(cè)災(zāi)情的重要方法。大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害是由不良地質(zhì)條件引起的。因此，在某些地質(zhì)條件較差的地區(qū)，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性更大，并且可能同時(shí)發(fā)生多種災(zāi)害，從而增加了災(zāi)害的危害。我們可以利用遙感技術(shù)對(duì)易發(fā)地區(qū)進(jìn)行劃分，開(kāi)展有針對(duì)性的研究，根據(jù)具體情況進(jìn)行治理和分析。將可能發(fā)生的災(zāi)害特征和方法應(yīng)及時(shí)反映在相應(yīng)的圖像上，分析地質(zhì)變化，了解地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模，破壞程度和發(fā)展趨勢(shì)，為監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害提供重要數(shù)據(jù)。地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)極高，滑坡和泥石流都將在短時(shí)間內(nèi)對(duì)人類造成巨大破壞，危險(xiǎn)范圍很廣，破壞力很強(qiáng)。使用地質(zhì)災(zāi)害遙感技術(shù)進(jìn)行分析，可以對(duì)劃分的區(qū)域或即將發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，記錄發(fā)生的原因和條件，劃分即將發(fā)生的災(zāi)害類型，并匯總數(shù)據(jù)信息[4]。預(yù)防更加嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步形成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)和信息，以提高工作效率。

2.1.3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

通常，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害是因?yàn)榈刭|(zhì)運(yùn)動(dòng)的緩慢發(fā)展即將從量變變?yōu)橘|(zhì)變。因此，使用遙感技術(shù)，可以隨時(shí)監(jiān)視和監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，然后獲取及時(shí)和準(zhǔn)確的地質(zhì)情況變化數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)整合到實(shí)際工作中，預(yù)測(cè)災(zāi)害的發(fā)生，及時(shí)發(fā)出警告和警報(bào)，并及時(shí)將人員轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域，并為管理人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)和預(yù)警次生災(zāi)害的發(fā)生，避免重大生命和財(cái)產(chǎn)損失。

2.1.4 災(zāi)后損失評(píng)估

發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，影響范圍非常大，后果非常嚴(yán)重。這將導(dǎo)致大量人員傷亡，基礎(chǔ)設(shè)施和房屋的大量損失，這將對(duì)人們的正常生活環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。我們使用遙感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制災(zāi)難的后果，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算人員傷亡，但是通過(guò)使用高清圖像處理，我們可以及時(shí)了解基礎(chǔ)設(shè)施和資源的狀況以及由此產(chǎn)生的損失情況，為將來(lái)的重建工作提供最可靠的依據(jù)。例如，在某地區(qū)發(fā)生滑坡后，我們可以使用高分辨率遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)滑坡體和侵蝕建筑物所覆蓋的區(qū)域，預(yù)估地質(zhì)災(zāi)害對(duì)建筑物、公路、礦山等的破壞程度，評(píng)估損失并制定相應(yīng)的重建計(jì)劃。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害管理

2.2.1 滑坡災(zāi)害管理

滑坡對(duì)人類非常有害，其影響不如地震大，但會(huì)造成巨大的生命和經(jīng)濟(jì)損失。因此，地質(zhì)災(zāi)害管理部門必須對(duì)滑坡災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)。特別是在21世紀(jì)之后，中國(guó)開(kāi)始更加重視滑坡治理技術(shù)。使用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)手段獲得滑坡隱患點(diǎn)數(shù)字模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地表形變情況，然后使用GIS技術(shù)存儲(chǔ)和管理相關(guān)信息。在治理過(guò)程中，利用滑坡原理對(duì)數(shù)字空模型進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究是災(zāi)害評(píng)估，監(jiān)測(cè)和處理的最佳方法。遙感技術(shù)可以及時(shí)監(jiān)測(cè)和分析滑坡災(zāi)害，并在即將發(fā)生事故時(shí)提供預(yù)警。

2.2.2 泥石流災(zāi)害管理

由于山區(qū)里面水和天然氣構(gòu)成了非常嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，特別是在發(fā)生大雨時(shí)，它們的發(fā)生速度非?？欤⑶移茐牧Ψ浅４?。

因此，在沙流和滑坡之間存在沉積流。經(jīng)常會(huì)使人們無(wú)法應(yīng)付。產(chǎn)生泥石流必須遵循三個(gè)條件：首先，該地區(qū)地貌豐富且地質(zhì)松散；第二，溝床的陡坡；第三，強(qiáng)風(fēng)暴的發(fā)生。當(dāng)前，沒(méi)有非常有效的方法來(lái)處理碎片流。因此，在治理中，必須選擇遙感技術(shù)，確定發(fā)生地點(diǎn)和強(qiáng)度，并選擇最佳治理方法，以提高治理效果。

2.2.3 水土保持

水土保持是防止泥石流的主要途徑。水土流失通常僅在水力、風(fēng)力和重力共同作用下發(fā)生，水土流失已經(jīng)是地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。通過(guò)使用遙感技術(shù)，可以合理地估計(jì)可能發(fā)生的土壤邊坡侵蝕程度，然后采取具體的補(bǔ)救措施，以避免其他更嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，并保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，改善人們的生活環(huán)境，因此使用遙感技術(shù)為水土保持提供數(shù)據(jù)支撐具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 差分干涉雷達(dá)遙感應(yīng)用

從20世紀(jì)90年代以來(lái)，歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)載或星載合成孔徑雷達(dá)理論，同時(shí)要進(jìn)行深入研究，在獲得大量的商用SAR圖像，D-InSAR技術(shù)在大地測(cè)量方面的研究和應(yīng)用得到極大發(fā)展，一方面D-InSAR技術(shù)可以在大面積范圍內(nèi)（100kmX100km）監(jiān)測(cè)地面的微小形變，具有不需要人員進(jìn)入災(zāi)害地區(qū)測(cè)量的特點(diǎn)，相對(duì)于GNSS全球定位系統(tǒng)和經(jīng)典的大地測(cè)量手段（高精度水準(zhǔn)測(cè)量）而言，有著巨大的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用潛力。另一方面，高精度水準(zhǔn)和GNSS技術(shù)只能監(jiān)測(cè)有限的、離散的控制點(diǎn)，而D-InSAR一幅圖像就可以控制1萬(wàn)平方公里的地表形變監(jiān)測(cè)，其空間分辨率可達(dá)到5m～20m。

3.1 SAR數(shù)據(jù)處理的一般流程

要獲取地表形變信息，則必須消除區(qū)域的地形信息。目前常采用的方法主要是以Massonnet為代表的DEME法（又稱“二軌法”）和以Zebker為代表的三軌法。二軌法是利用實(shí)驗(yàn)區(qū)地表變化前后二幅影像生成干涉紋圖，再利用事先獲取的DEM數(shù)據(jù)模擬紋圖，從干涉紋圖中去除地形信息以得到地表變化信息。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須進(jìn)行相位解纏（MassOnnet，l993B），減少處理工作量。缺點(diǎn)是對(duì)于無(wú)DEM數(shù)據(jù)的地區(qū)無(wú)法采用上述方法。三軌法是利用三景影像生成二幅干涉紋圖，一幅反映地形信息（對(duì)于ERS-l/2SAR數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，一般采用相隔一天的重復(fù)軌道數(shù)據(jù)），一幅反映地表形變信息，進(jìn)行平地效應(yīng)消除后，分別進(jìn)行相位解纏，最后利用差分干涉原理計(jì)算得到地表形變信息。三軌法的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需地面信息，數(shù)據(jù)間的配準(zhǔn)較易實(shí)現(xiàn),缺點(diǎn)是相位解纏的好壞將影響最終結(jié)果。

3.2 三軌法的一般處理流程

三次過(guò)境法差分InSAR處理流程見(jiàn)圖l。

圖1 三次過(guò)境法差分InSAR處理流程

4 結(jié)語(yǔ)

遙感技術(shù)是一種新興技術(shù)，在地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和管理中發(fā)揮著重要作用。遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)警和評(píng)估等一系列過(guò)程。它可以實(shí)現(xiàn)所有地質(zhì)條件區(qū)域的地質(zhì)監(jiān)測(cè)，并且可以反映發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)的圖像。隨時(shí)讓救援人員能夠了解災(zāi)區(qū)的災(zāi)后情況，并確保救援人員自身的安全。遙感技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)災(zāi)害中災(zāi)害監(jiān)測(cè)和災(zāi)害管理的重要手段，并在確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮著重要作用。