遙感解譯在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用
——以常德市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查為例

劉鋒

湖南省地質(zhì)調(diào)查所，湖南長(zhǎng)沙，410000

0 引言

常德市位于洞庭湖平原西部，地形以南北高、中間低為主要特征，地貌類型以平原為主，丘、崗、湖兼有。研究區(qū)以城市規(guī)劃區(qū)范圍為主，其中包括武陵區(qū)、灌溪鎮(zhèn)、石門橋鎮(zhèn)、斗姆湖鎮(zhèn)以及鼎城區(qū)武陵鎮(zhèn)和白鶴山鄉(xiāng)；除此之外有德山科技經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、柳葉湖旅游度假區(qū)以及太陽山林場(chǎng)，總面積約622.8km2（見圖1）。

圖1 常德市交通位置示意圖

1 自然地理特征

1.1 氣象與水文特征

此次研究區(qū)域?qū)賮啛釒駶櫄夂?，特點(diǎn)為夏熱冬寒，四季交替鮮明。本區(qū)域主要自然災(zāi)害為旱災(zāi)以及洪澇災(zāi)害，地表水豐富，且水質(zhì)較好，可作為生活飲用水，并可將其用于工農(nóng)業(yè)灌溉用水。本工作區(qū)主要流經(jīng)河流為沅江，其自中部向東蜿蜒，貫穿河谷平原區(qū)，沅江支流枉水、漸水、馬家吉河及溪港，由南、北兩面匯入交織如水網(wǎng)[1]。

1.2 生態(tài)環(huán)境特征

土地在丘港區(qū)主要用于人工經(jīng)濟(jì)林，從整體來看，森林植被覆蓋率不高，從而導(dǎo)致區(qū)域水土流失情況較為嚴(yán)重。水土流失主要受植被、降水、地形地貌以及地表巖土性質(zhì)影響。在城市區(qū)域土壤植被主要為殘坡積土壤、松散河流沖積土及水稻土，主要分布在沅水兩岸。

2 技術(shù)路線

2.1 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)合

從整體來看，柵格數(shù)據(jù)主體為中高等分辨率遙感影像；矢量數(shù)據(jù)主要包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫、地形坡度數(shù)據(jù)庫、縣市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)庫?；谝陨蠑?shù)據(jù)開展地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯。

2.2 多源、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合

主要使用美國TM（ETM+）衛(wèi)星數(shù)據(jù)、2016年的高分二號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、Google Earth及天地圖·湖南的高分辨率影像，利用多源、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，將多光譜數(shù)據(jù)和全色二者相融合，生成具有高分辨率以及多光譜信息的遙感影像，從而提高地質(zhì)災(zāi)害的可解譯程度[2]。

2.3 多種信息提取方法相結(jié)合

應(yīng)用目視解譯與人機(jī)交互解譯兩種方法提取地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì)環(huán)境條件信息。

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

3.1 資料收集

在開展地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯時(shí)，需收集地質(zhì)圖、坡度圖、地形圖、雨量圖以及災(zāi)害調(diào)研數(shù)據(jù)等資料，并將其與遙感圖像進(jìn)行整合運(yùn)用，隨后進(jìn)行解譯工作。套合已有歷史資料，對(duì)已知災(zāi)點(diǎn)的分布地層、構(gòu)造區(qū)段、地形及坡度以及降水特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，以此類推，解譯相同地質(zhì)環(huán)境條件下的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)段。

3.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的選擇

3.2.1 遙感信息源選擇原則

遙感數(shù)據(jù)的選擇不僅要考慮滿足規(guī)范要求，同時(shí)需要考慮經(jīng)費(fèi)、精度以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)的覆蓋能力、覆蓋程度等多方面因素，因此，1∶25000地質(zhì)災(zāi)害勘查遙感數(shù)據(jù)選擇需遵循以下原則：

（1）1∶25000地質(zhì)災(zāi)害勘查遙感數(shù)據(jù)以收集為主；

（2）遙感數(shù)據(jù)不可覆蓋重要地帶，且云層覆蓋率應(yīng)當(dāng)小于5%，并需注意圖像的條帶以及噪聲影響；

（3）遙感數(shù)據(jù)源應(yīng)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性，能基本反映工作區(qū)的現(xiàn)狀，一般情況下，遙感數(shù)據(jù)的采集時(shí)間與工作時(shí)間相隔不可超過2年；

（4）分辨率需滿足工作區(qū)1∶25000地質(zhì)災(zāi)害勘查解譯需要。

3.2.2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的選擇

Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域地層巖性有較好的判別區(qū)分能力，GF-2衛(wèi)星PMS 1米級(jí)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)植被、地形地貌、人類工程活動(dòng)等地質(zhì)環(huán)境因子有較好的識(shí)別，同時(shí)可以直接解譯滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，能夠滿足1∶25000地質(zhì)災(zāi)害勘查遙感解譯的精度要求（見表1）。

表1 遙感數(shù)據(jù)選擇表

綜合上述理由，我們選擇時(shí)相較新的GF-2衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)和Landsat8影像進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)處理，制作遙感影像圖。

3.3 DOM制作

本研究采用衛(wèi)攝影像制作DOM，影像制作涉及的遙感專業(yè)軟件有ARCGIS勻光、CASSHDS2003、ENVI5.3和MapGIS以及專門的圖像處理軟件PhotoShop。DOM影像需紋理明顯、反差適中及色調(diào)均勻。彩色影像要求光譜信息豐富飽滿且貼合自然真彩色。

DOM制作主要包括糾正、配準(zhǔn)與融合等環(huán)節(jié)。主要采用全色與多光譜分別糾正—融合法，具體是以1∶10000 DRG為平面控制，以1∶50000 DEM為高程控制，利用衛(wèi)星的星歷參數(shù)，進(jìn)行全色影像與多光譜影像的修改訂正，并以此為依托，融合全色影像和多光譜影像，生成原始空間分辨率模擬自然真彩色的數(shù)字正射影像，緊接著進(jìn)行正射影像的鑲嵌工作和色彩匹配，生成DOM，技術(shù)流程見圖2所示。

圖2 數(shù)字正射影像制作流程圖

4 遙感解譯

根據(jù)制作好的遙感影像圖，參照技術(shù)規(guī)范和流程，開展區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的解譯工作，并設(shè)立解譯標(biāo)志。受遙感數(shù)據(jù)地面分辨率、數(shù)據(jù)時(shí)相以及植被覆蓋率等客觀因素影響，以現(xiàn)有遙感技術(shù)來看，僅僅能解釋部分大面積地質(zhì)災(zāi)害，仍存在部分地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)無法利用遙感技術(shù)進(jìn)行判斷識(shí)別的情況，為改善這一情況，參考了以前收集的歷史資料和數(shù)據(jù)[3]。

4.1 解譯標(biāo)志

按照專業(yè)知識(shí)和對(duì)遙感圖像的反復(fù)對(duì)比，并結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)資料，初步建立了本區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志。結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果，對(duì)已初步建立的解譯標(biāo)志進(jìn)行修正和補(bǔ)充，逐步完善，如表2所示。

表2 地質(zhì)災(zāi)害影像單元解譯標(biāo)志特征

4.1.1 滑坡解譯標(biāo)志

遙感影像判斷山體滑坡包括色調(diào)、陰影、平面形態(tài)以及紋理等方面，通常情況下，山體滑坡呈現(xiàn)為半圓形或不規(guī)則形態(tài)，其色調(diào)相較其他部位更深，滑坡壁、滑坡周長(zhǎng)以及其他滑坡要素在高分辨率影像中較為明顯。除此之外，滑坡地表的泉水、濕地以及醉林或馬刀樹等都是判斷滑坡災(zāi)害的重要標(biāo)志。

常德市的滑坡多呈半圓形，色調(diào)較深，多為土黃色。植被不發(fā)育，覆蓋度較低，根據(jù)其色調(diào)差異可以確定其邊界。規(guī)模多為中小型，主要分布于屋后。如圖3所示。

圖3 滑坡解譯標(biāo)志及實(shí)地查證照片

4.1.2 不穩(wěn)定斜坡解譯標(biāo)志

除上述外，不穩(wěn)定斜坡是潛在地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重隱患點(diǎn)，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生主要集中于松散斜坡、基巖順向坡等分布區(qū)，一般來看并無明顯滑動(dòng)跡象，甚至無明顯變形。

判斷是否為潛在不穩(wěn)定斜坡，首先要了解該處是基巖斜坡還是松散斜坡，基巖斜坡是順向坡還是逆向坡；其次分析松散斜坡的坡度、基巖順向坡巖層產(chǎn)狀與坡度的關(guān)系以及基巖巖性組合特征等。不穩(wěn)定斜坡在遙感影像上影紋粗糙，色調(diào)雜亂，從整體觀察，植被不發(fā)育，新鮮基巖裸露，可見明顯變形跡象。此外，不穩(wěn)定斜坡形成大多與人類工程活動(dòng)有一定關(guān)系，主要表現(xiàn)為修建公路時(shí)的開挖切坡活動(dòng)。

常德市內(nèi)不穩(wěn)定斜坡色調(diào)較亮，多為人工開挖邊坡引起，主要分布于房屋屋后附近，規(guī)模較小。如圖4所示。

圖4 不穩(wěn)定斜坡解譯標(biāo)志及野外查證對(duì)照?qǐng)D

4.2 解譯步驟

根據(jù)從已知到未知、先易后難、先山區(qū)后平原、先整體后局部、先宏觀后微觀的解譯原則，解譯工作可分為初步解譯、詳細(xì)解譯、野外驗(yàn)證和綜合解譯四個(gè)階段：

（1）初步解譯階段：熟悉收集到的基礎(chǔ)地質(zhì)和水文地質(zhì)資料中關(guān)于第四紀(jì)地層、地層巖性等方面信息，著重分析已知地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的影像特征，建立主要地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的初步解譯標(biāo)志，形成初步解譯草圖。

（2）詳細(xì)解譯階段：在前期野外踏勘資料和初步解譯的基礎(chǔ)上，建立和完善詳細(xì)解譯標(biāo)志并解譯滑坡、不穩(wěn)定斜坡等災(zāi)害體，形成階段性的成果圖件，初步填寫地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯卡片，為下一步野外驗(yàn)證工作做好充分準(zhǔn)備。

（3）野外驗(yàn)證階段：對(duì)前期室內(nèi)解譯結(jié)果及所有的疑問點(diǎn)進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證，并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志修正，完善地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯卡片內(nèi)容。

（4）綜合解譯階段：在完成野外驗(yàn)證工作后，結(jié)合野外調(diào)查資料、圖像處理成果和區(qū)域地質(zhì)成果資料對(duì)遙感圖像進(jìn)行綜合解譯分析，全面修正解譯標(biāo)志，完善解譯內(nèi)容，再次修編解譯成果，詳細(xì)填寫地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯卡片，編制完成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查遙感解譯點(diǎn)點(diǎn)位分布圖。如圖5所示。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查遙感解譯點(diǎn)點(diǎn)位分布圖

4.3 解譯方法

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯的具體解譯主要是采用人機(jī)交互式解譯為主，目視解譯為輔，分為直接判斷、對(duì)比法和邏輯推理三種方法。

（1）直接解譯法：主要是利用“顏色、影紋和形狀”作為主要解譯依據(jù)。根據(jù)地物光譜特征與圖像色彩的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起各自的直接解譯標(biāo)志。例如，與崩滑有關(guān)的巖石或地表松散物大多較為破碎，含水成分相對(duì)較高，在影像上多呈斑雜狀的淺灰色或淺藍(lán)灰色色調(diào)；剛發(fā)生的崩塌，圖像上有亮白色的條帶、斑塊等。

（2）對(duì)比法：對(duì)解譯較困難的地物和各種常規(guī)資料較少的地區(qū)，則采取擴(kuò)大視野，設(shè)法將已知地區(qū)的影像與將要解譯的未知區(qū)影像進(jìn)行對(duì)比解譯，從已知到未知，從一般到特殊。

（3）邏輯推理法：對(duì)解譯難度較大的崩、滑、流等地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，根據(jù)其所處的環(huán)境、位置等因素匯總起來，對(duì)它們的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合分析，邏輯推理，再確定其類型和分布規(guī)律。崩滑流多分布于高山峽谷地區(qū)，水系發(fā)育是其主要特征，在水系長(zhǎng)而直、沖溝發(fā)育，尤其是水系的末梢密度較高區(qū)，在ETM圖像上常表現(xiàn)為大片陰影區(qū)；崩滑流多與大型活動(dòng)構(gòu)造或新構(gòu)造有關(guān)，在形態(tài)上多呈線狀影像特征[4]。

4.4 解譯結(jié)果及分析

利用GF-2號(hào)衛(wèi)星影像工作底圖，采用先易后難、目視解譯的方法完成了工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的遙感解譯，填寫相應(yīng)的信息表。共解譯出如下22個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。如下表3所示。

表3 常德市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查遙感解譯類型及 查證情況統(tǒng)計(jì)表

地質(zhì)災(zāi)害解譯點(diǎn)分布于第四系多層結(jié)構(gòu)土中。在遙感影像圖中，滑坡的解譯標(biāo)志不明顯，全部參考已有滑坡災(zāi)害點(diǎn)地質(zhì)資料，野外驗(yàn)證后，建立解譯標(biāo)志。不穩(wěn)定斜坡在遙感影像圖上特征較為明顯，故解譯正確率較高。

5 結(jié)論及展望

5.1 結(jié)論

（1）采用2016年的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行常德市災(zāi)害點(diǎn)和人類工程活動(dòng)點(diǎn)的解譯。根據(jù)初步解譯—詳細(xì)解譯—野外驗(yàn)證—綜合解譯的步驟，采用人機(jī)交互式解譯為主、目視解譯為輔的解譯方法，完成了常德市地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和人類工程活動(dòng)點(diǎn)的遙感解譯。常德市地災(zāi)主要有滑坡、不穩(wěn)定斜坡等類型，其中以不穩(wěn)定斜坡為主。遙感解譯災(zāi)害點(diǎn)共22處，其中不穩(wěn)定斜坡18處，查證率為94.4% ，正確率為83.3%；滑坡4處，查證率為100%，正確率為50%。

（2）利用多源遙感數(shù)據(jù)可以快速全面地分析大區(qū)域大型的地質(zhì)災(zāi)害，準(zhǔn)確獲得地質(zhì)災(zāi)害的類型、位置、形態(tài)等基本特征。因遙感數(shù)據(jù)源的空間分辨率的差異，不同數(shù)據(jù)源解譯災(zāi)害結(jié)果的最小尺度標(biāo)準(zhǔn)也存在一定的差異。

（3）遙感影像可以真實(shí)、直觀地提供調(diào)查區(qū)的宏觀景象，1∶10000比例尺的影像圖上可以識(shí)別人類工程活動(dòng)，如土地開挖、房屋地基的建設(shè)等，便于野外實(shí)地調(diào)查工作中對(duì)路線的部署。

（4）由于所使用遙感數(shù)據(jù)為衛(wèi)星數(shù)據(jù)，分辨率為1m，清晰度一般，所以，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的解譯正確率較低。在開展野外調(diào)查過程中，遙感解譯給我們的調(diào)查路線的制定、調(diào)查重點(diǎn)的選擇提供了方向性指導(dǎo)和依據(jù)，或者直接指引我們發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)鼐用穸嘉粗牟环€(wěn)定斜坡和潛在的滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。

5.2 展望

（1）加大資料收集力度。收集多元、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，盡可能選擇分辨率高、時(shí)相新的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感解譯，增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害的可解譯性；收集多尺度地質(zhì)、環(huán)境背景以及交通、土地等資料，豐富參考資料內(nèi)容，參與解譯分析。

（2）加強(qiáng)基于遙感的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方法研究。主要研究地質(zhì)環(huán)境背景遙感解譯和地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯兩個(gè)方面。

（3）加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境解譯，如：人類工程活動(dòng)、采礦活動(dòng)等破壞地質(zhì)環(huán)境條件的人類活動(dòng)。

（4）加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)研究。引入INSAR技術(shù)對(duì)區(qū)域性地表形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合專業(yè)儀器對(duì)典型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育過程監(jiān)測(cè)，分析地區(qū)性發(fā)災(zāi)預(yù)測(cè)和災(zāi)害點(diǎn)發(fā)災(zāi)預(yù)報(bào)，從而服務(wù)于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和指導(dǎo)野外調(diào)查；利用INSAR技術(shù)及其他專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警以及調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)。