基于GF-7數(shù)據(jù)的豫西山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

摘 要：【目的】查明豫西山區(qū)部分區(qū)域內(nèi)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征，為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與治理提供科學(xué)依據(jù)。【方法】主要利用高分七號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建遙感解譯標(biāo)志、室內(nèi)初步解譯、野外核查驗(yàn)證、內(nèi)外業(yè)綜合解譯、編制解譯成果圖件等步驟開展遙感解譯工作。此外，還對(duì)比分析了多類型多時(shí)相的遙感影像，并結(jié)合研究區(qū)的地形地貌等地質(zhì)資料，進(jìn)一步提高了地質(zhì)災(zāi)害的可解譯性?！窘Y(jié)果】在此次地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯中，實(shí)際正確識(shí)別了15處滑坡、6處崩塌，解譯正確率達(dá)91.3%。遙感解譯的精度和效率較高，取得了較好的成果?！窘Y(jié)論】本研究提出的利用高分七號(hào)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯思路及方法，在該地區(qū)所進(jìn)行的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可行性，能夠?yàn)槠渌刭|(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作提供有力的參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：遙感解譯；地質(zhì)災(zāi)害；高分七號(hào)；豫西山區(qū)

中圖分類號(hào)：P694;P407.8" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）11-0091-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.11.018

Remote Sensing Interpretation of Geological Disaster in the Western Mountainous Areas of Henan Based on GF-7 Data

HAN Ziqing LI Lang GAO Hui

（Institute of Geology Science and Technology Information， Henan Academy of Geology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：[Purposes] The aim of this paper is to identify the spatial distribution patterns of geological disasters such as collapse and landslide in some areas of the western Henan mountainous areas， and to provide a scientific basis for disaster monitoring and management. [Methods] The primary data source is GF-7， and the remote sensing interpretation process includes the steps of the construction of remote sensing interpretation signs， preliminary indoor interpretation， field investigation verification， comprehensive indoor as well as outdoor interpretation， and" the compliation and interpretation of results maps. In addition， this paper compares multi-type and multi-temporal remote sensing images and combines the geological data from the study area to further improve the interpretability of geological disasters. [Findings] The results show that 15 landslides and 6 collapses were actually correctly identified in this survey， with a correct interpretation rate of 91.3%. The remote sensing interpretation has achieved rather high accuracy and efficiency， and obtained better results. [Conclusions] The idea and method proposed in this paper for geological disasters remote sensing interpretation using GF-7 satellite data have demonstrated significant advantages in this remote sensing interpretation of geological disasters carried out in the region， with strong practicality and feasibility，which can provide powerful reference and guidance for other geological disasters remote sensing interpretation.

Keywords： remote sensing interpretation; geologic disaster; GF-7; western mountainous areas of Henan

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害是指在自然或人為因素的作用下引起的，對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全及環(huán)境造成破壞和損失的地質(zhì)現(xiàn)象［1］。我國(guó)的地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)域廣、發(fā)生頻率高，據(jù)有關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害5 659起，是世界上地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的國(guó)家之一。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確地識(shí)別和評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和潛在隱患，進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)和預(yù)警，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防和治理措施，對(duì)減少和避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)造成的損失具有重要意義。

傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查主要依賴于野外實(shí)地調(diào)查，但該方式在山地等人員難以到達(dá)的惡劣環(huán)境中，難以有效開展，無法準(zhǔn)確、全面地獲取地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)和隱患信息，也無法滿足時(shí)效性的要求。隨著遙感解譯技術(shù)的發(fā)展，利用高分辨率遙感影像，可以無接觸、快速、全面準(zhǔn)確地獲取各種地形地物信息，查明地質(zhì)災(zāi)害分布現(xiàn)狀，及時(shí)滿足決策需求［2］。

近年來，國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)為地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯提供了高質(zhì)量、低成本、全覆蓋、及時(shí)更新的數(shù)據(jù)源，其在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，董文等［3］認(rèn)為GF-2遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害信息的識(shí)別可以滿足地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯的需求。張志軍等［4］通過野外驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)利用GF-1等衛(wèi)星影像開展遙感解譯取得了較好效果。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

豫西山區(qū)位于河南省西部，主要包括洛陽(yáng)市、三門峽市和濟(jì)源市等地區(qū)。該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形以山地為主，山脈連綿起伏，溝谷縱橫交錯(cuò)。

2021年7月20日前后，河南大部發(fā)生極端暴雨天氣，豫西山區(qū)受災(zāi)同樣較為嚴(yán)重，特別是汝陽(yáng)縣地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)已達(dá)紅色級(jí)別。且該區(qū)域內(nèi)礦山開發(fā)、削坡建房、交通建設(shè)等人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈，尤其是過度開采、開采后不修復(fù)治理等情況對(duì)地質(zhì)環(huán)境破壞更為嚴(yán)重，結(jié)合暴雨、地質(zhì)環(huán)境較脆弱等因素的影響［5］，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對(duì)居民區(qū)、交通道路等造成不同程度的破壞，導(dǎo)致該區(qū)域成為河南省地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)易發(fā)的地區(qū)之一。因此，研究區(qū)的選取主要集中在豫西山區(qū)的洛陽(yáng)市汝陽(yáng)縣地區(qū)，考慮到數(shù)據(jù)安全與保密問題，本研究?jī)H選擇具有代表性的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)作為遙感解譯應(yīng)用范例。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用遙感影像數(shù)據(jù)主要來源于高分七號(hào)衛(wèi)星（GF-7）。高分七號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)首顆具有亞米級(jí)光學(xué)傳輸能力的民用立體測(cè)繪衛(wèi)星，在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)和預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害、評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害影響和損失、研究地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制和規(guī)律等方面。高分七號(hào)衛(wèi)星主要傳感器技術(shù)參數(shù)見表1。

2 技術(shù)路線

地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯主要按照“內(nèi)業(yè)解譯、外業(yè)核查”的原則開展工作，是一個(gè)綜合且反復(fù)的過程。遙感解譯技術(shù)路線如圖1所示。

3 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

遙感解譯是利用高分辨率遙感影像等數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害和遙感地質(zhì)理論，采用目視解譯、人機(jī)交互解譯等方法，根據(jù)各類地質(zhì)災(zāi)害體的遙感解譯特征和標(biāo)志，對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別、定性和空間分析，從而獲取地質(zhì)災(zāi)害的類型、規(guī)模、空間分布等相關(guān)信息的過程。盡管計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取技術(shù)已經(jīng)在遙感解譯前期工作中得到了廣泛應(yīng)用，但其分類和識(shí)別技術(shù)的靈活性和精度水平仍有不足，因此，本研究采用以目視解譯和人機(jī)交互式解譯為主的方法進(jìn)行遙感解譯工作。

3.1 遙感圖像處理與制作

遙感影像原始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理才能用于解譯工作。處理過程主要包括遙感影像的輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正等步驟，以確保影像的準(zhǔn)確性和可靠性；圖像配準(zhǔn)、融合、鑲嵌、增強(qiáng)等操作，以進(jìn)一步優(yōu)化遙感影像的質(zhì)量和清晰度。

本研究主要利用高分七號(hào)衛(wèi)星的多光譜和全色影像，結(jié)合高精度DEM數(shù)據(jù)，在ENVI等平臺(tái)上，將經(jīng)校正、配準(zhǔn)等處理后的影像與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像融合、鑲嵌、增強(qiáng)等操作，并按圖幅范圍裁剪得到數(shù)字正射影像圖（DOM），用于地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯。

3.2 遙感解譯方法

遙感解譯工作主要基于遙感解譯標(biāo)志來發(fā)現(xiàn)和識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害信息。常用遙感解譯方法可以總結(jié)為目視判讀法、對(duì)比法、推理法等［6］。

3.2.1 直判法。即直接目視判讀方法，參考解譯標(biāo)志的顏色、紋理和形狀等特征，直接在遙感圖像上勾繪出地質(zhì)災(zāi)害的形狀和分布范圍。對(duì)與崩塌、滑坡等有關(guān)的巖體變化，可以采用直判法。

3.2.2 對(duì)比法。針對(duì)背景資料少、解譯較困難的地質(zhì)災(zāi)害，設(shè)法將其影像特征與解譯標(biāo)志或已知標(biāo)準(zhǔn)樣片做對(duì)比解譯，從一般到特殊，逐步進(jìn)行目視判讀，從而確定地質(zhì)災(zāi)害特征與范圍。

3.2.3 推理法。針對(duì)解譯難度較大且利用對(duì)比法難以判斷其特征的地質(zhì)災(zāi)害，可將其所處的地理位置、地質(zhì)環(huán)境條件等特征匯總起來，綜合分析和邏輯推理，進(jìn)而推斷和確定地災(zāi)類型、規(guī)模和分布位置。

特別地，當(dāng)遇到圖像模糊不清、解譯難度大或者通過對(duì)比法和推理法都無法確定的區(qū)域，可以嘗試通過圖像增強(qiáng)、拉伸等有針對(duì)性的圖像處理方法，使圖像更清晰、信息更突出，從而更直觀解譯所需的地質(zhì)災(zāi)害信息，提高遙感解譯的質(zhì)量和效果。

3.3 遙感解譯流程

解譯工作按照從已知到未知、從易到難、先整體后局部、先宏觀后微觀的解譯原則分為如下步驟。

①建立解譯標(biāo)志。以工作區(qū)地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，通過初步遙感解譯、實(shí)地調(diào)查或者參考類似研究區(qū)域的解譯成果，在基礎(chǔ)圖像上建立滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志。

②室內(nèi)初步解譯。室內(nèi)解譯以遙感影像為依據(jù)，在熟悉已有遙感地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用直判法、對(duì)比法等方法對(duì)影像進(jìn)行解譯，勾繪地質(zhì)災(zāi)害分布范圍，標(biāo)注地災(zāi)類型，形成遙感解譯草圖，填寫解譯記錄表。

③野外核查驗(yàn)證。在初步解譯工作中，可能會(huì)存在錯(cuò)誤或不確定的地災(zāi)類型，需要進(jìn)行野外核查驗(yàn)證，并在現(xiàn)場(chǎng)做圖文采集、填寫野外記錄表，為后續(xù)詳細(xì)解譯和分析工作做好準(zhǔn)備。

④內(nèi)外業(yè)綜合解譯。根據(jù)野外核查圖文記錄信息和室內(nèi)初步解譯草圖，進(jìn)行詳細(xì)解譯，重點(diǎn)修正初步解譯中的錯(cuò)誤、推斷并確定未知地災(zāi)類型、補(bǔ)充新發(fā)現(xiàn)的地災(zāi)信息，最終形成遙感解譯成果圖。為保證遙感解譯成果的質(zhì)量和可信度，這個(gè)過程需要不斷地進(jìn)行驗(yàn)證和修改，有時(shí)還需多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查或?qū)＜页闃域?yàn)證，以便對(duì)解譯草圖進(jìn)行更加精細(xì)準(zhǔn)確的審閱和修正。

⑤編制解譯成果圖件。將解譯過程中所使用的各類遙感影像、地質(zhì)資料、初步解譯圖件、野外查證記錄、遙感工作質(zhì)量檢查等進(jìn)行匯總整理并存檔，并根據(jù)野外核查驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)初步解譯成果進(jìn)行反復(fù)修正和完善，最終制作遙感解譯成果系列專題圖。

3.4 建立遙感解譯標(biāo)志

遙感解譯標(biāo)志是指能夠輔助識(shí)別目標(biāo)物及其性質(zhì)和相互關(guān)系的影像特征。解釋標(biāo)志的建立是解譯前的重要準(zhǔn)備工作。地質(zhì)災(zāi)害通常具有獨(dú)特的形態(tài)特征，與周圍巖石或地層有明顯的色彩、形狀、紋理等差別，在遙感圖像上表現(xiàn)為特定的色紋組合，這些特征是識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害的直接標(biāo)志［7］。

3.4.1 崩塌解譯標(biāo)志。崩塌主要分布在陡峭的山崖或斜坡，特別是在溝谷、河流、道路、露天采礦場(chǎng)等地段。在遙感影像上多呈現(xiàn)楔形、三角形等形態(tài)，部分崩塌壁會(huì)呈現(xiàn)陡坎狀，導(dǎo)致整個(gè)崩塌壁和崩塌體被陰影遮蔽。光學(xué)特征以深灰色、灰白色為主。坡體表層破碎或不平整，斜坡坡腳平緩區(qū)域常有雜亂的崩塌物和錐形的堆積物。此外，崩塌區(qū)域的植被多表現(xiàn)為缺乏或發(fā)育不良。研究區(qū)內(nèi)的一處崩塌現(xiàn)象如圖2所示。

3.4.2 滑坡解譯標(biāo)志?；陆庾g標(biāo)志主要有色調(diào)、紋理等特征，形態(tài)多為舌狀、條帶狀等。大多坡體表面破碎且呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，斜坡較陡且長(zhǎng)，巖質(zhì)滑坡多呈灰白色。質(zhì)地紋理上具有明顯顆粒感或粗糙感，巖質(zhì)滑坡常見較大的斑狀體。坡體無植被或植被多矮小且生長(zhǎng)較差。研究區(qū)內(nèi)的一處滑坡現(xiàn)象如圖3所示。

3.4.3 泥石流解譯標(biāo)志。泥石流常見于山區(qū)溝谷中，多由暴雨、冰雪融水所激發(fā)的一種破壞性極強(qiáng)的特殊洪流。是否具有陡峭的地形，是否存在大量松散的固體物質(zhì)和輪廓明顯的洪積扇，且流域中上游是否存在暴雨、冰雪融水等特征是泥石流識(shí)別的重要解譯標(biāo)志。研究區(qū)內(nèi)的一處泥石流現(xiàn)象如圖4所示。

3.4.4 地面塌陷解譯標(biāo)志。地面塌陷是指地表巖土體在自然或人為因素作用下向下陷落，在地面形成塌陷坑（洞）的一種動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象［1］。除地震造成的地面塌陷以外，由煤礦等井下開采所造成的礦山采空塌陷尤為常見，解譯前需收集工作區(qū)的礦山開采資料以做參考。常見地面塌陷在遙感影像上色調(diào)多為黑灰色，呈現(xiàn)明顯的水域狀，多為邊界清晰的不規(guī)則圓形。研究區(qū)內(nèi)的一處地面塌陷現(xiàn)象如圖5所示。

3.5" 遙感解譯與野外核查驗(yàn)證

本研究主要選取高分七號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，成像時(shí)間選擇2022年1月，原因是該時(shí)段植被較少，能夠更好地開展解譯工作，同時(shí)也能反映2021年7月的極端暴雨可能引起的地質(zhì)災(zāi)害。

3.5.1 崩塌地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯。研究區(qū)內(nèi)共解譯出7個(gè)崩塌地質(zhì)災(zāi)害，多為強(qiáng)降雨所致，災(zāi)情規(guī)模多為中小型，典型崩塌地質(zhì)災(zāi)害解譯如圖6所示。

遙感影像中，圖6（a）坡體上大部巖土體與周圍色調(diào)存在較大差別，呈灰色且紋理粗糙，陡坡巖體表面新鮮，坡腳處有大量碎石堆積。經(jīng)野外核查驗(yàn)證此處確為中型崩塌，位于山頂斜坡，下方無承災(zāi)體，目前較為穩(wěn)定。圖6（b）坡體整體呈土黃色，紋理粗糙且無植被覆蓋，疑似崩塌。經(jīng)野外核查此處是由“720暴雨”所致崩塌，造成一間房屋損毀，目前已清理完畢，但坡體不穩(wěn)定，若遇暴雨，極易再次發(fā)生崩塌。圖6（c）坡體大部呈現(xiàn)土黃色，顏色與周圍有較大差別，紋理粗糙且表面基本無植被覆蓋。經(jīng)野外核查此處是崩塌發(fā)生后，正在進(jìn)行挖掘削坡治理。

3.5.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯。研究區(qū)內(nèi)共解譯出16個(gè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，多數(shù)是由強(qiáng)降雨所致，災(zāi)情規(guī)模多為中小型。由于山體陰影、云層覆蓋、植被遮蔽等因素會(huì)影響遙感解譯工作的準(zhǔn)確性，一般會(huì)選擇不同成像時(shí)間或不同類型衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)做參考對(duì)比［8］，本研究選用北京2號(hào)衛(wèi)星（BJ-2）影像輔助識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害類型。典型滑坡地質(zhì)災(zāi)害解譯如圖7所示。

遙感影像中，圖7（a）坡體上的大部土體呈整體性運(yùn)移現(xiàn)象，多呈土黃色且紋理粗糙，表面基本無植被覆蓋經(jīng)野外核查驗(yàn)證此處確為滑坡，坡體不穩(wěn)定，下方無承災(zāi)體。圖7（b）坡體上顏色與周圍有較大差別，大部呈現(xiàn)土黃色，植被覆蓋率低。經(jīng)核查驗(yàn)證此處確為滑坡，現(xiàn)場(chǎng)存在明顯地裂縫，坡體較不穩(wěn)定且暴雨極易引發(fā)新的滑坡，會(huì)對(duì)下方公路造成一定威脅。圖7（c）坡體上大部呈灰白色且植被稀疏，坡底疑似碎石堆積。經(jīng)核查驗(yàn)證此處確為滑坡，坡體不穩(wěn)定，易再次引發(fā)滑坡，直接威脅下方公路［9］。

本次遙感解譯工作共解譯出16處滑坡、7處崩塌。經(jīng)野外核查驗(yàn)證，其中1處是切坡修路、1處是礦山開采所產(chǎn)生的不穩(wěn)定斜坡。實(shí)際正確識(shí)別了15處滑坡、6處崩塌，解譯正確率91.3%。表明地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯結(jié)果與野外核查驗(yàn)證結(jié)果具有較高的吻合率，本研究所提出的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯思路及方法能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作提供參考。

4 結(jié)論與展望

本研究以高分七號(hào)衛(wèi)星影像作為主要數(shù)據(jù)源，充分發(fā)揮其亞米級(jí)分辨率的優(yōu)勢(shì)，提高了地質(zhì)災(zāi)害解譯的識(shí)別能力，快速有效地獲取了豫西山區(qū)部分區(qū)域內(nèi)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征等信息，為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)、防范和治理提供了及時(shí)準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

在后續(xù)的工作中，可以綜合分析并利用多源、多時(shí)相、多波段的遙感影像，識(shí)別和分類地質(zhì)災(zāi)害的類型，并預(yù)測(cè)其發(fā)生的可能性和危害程度。如可以采用InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)區(qū)域性地表形變，發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患［10］；可以利用LiDAR技術(shù)獲取高精度的地形數(shù)據(jù)，揭示地質(zhì)災(zāi)害的形態(tài)特征和發(fā)展規(guī)律。如何充分利用現(xiàn)代遙感技術(shù)與InSAR、LiDAR等技術(shù)相結(jié)合［11］，提高地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯的能力和水平，是地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯領(lǐng)域未來的重點(diǎn)研究方向。

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收稿日期：2023-10-31

基金項(xiàng)目：河南省地質(zhì)研究院地質(zhì)科技攻關(guān)項(xiàng)目“地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)研究（2023-907-XM016）;“黃河流域（河南段）尾礦庫(kù)智能化信息提取應(yīng)用研究”（2023-907-XM016-KT02）。

作者簡(jiǎn)介：韓子清（1992—），男，碩士，助理工程師，研究方向：地質(zhì)遙感、數(shù)字地理信息技術(shù)。