西南地区快鸟图像的地质灾害遥感信息识别.doc

西南地区快鸟图像的地质灾害遥感信息识别摘要：研究目的：探讨快速、准确的提取中国西南地区滑坡、泥石流灾害的新方法。研究方法：本文利用高空间分辨率的Quick Bird图像，突破传统调查方法的限制，发挥其宏观、综合、直观、快速等优点，在Quick Bird图像上详细地圈定滑坡和泥石流灾害体的位置及发育范围，结合高程和坡度等基础地理信息，探讨地质灾害发育的空间规律。研究结果：研究表明该研究区内地质灾害以泥石流、滑坡为主，主要沿河及公路等人类活动较密集的区域分布，地质灾害的发生大多受到降雨和工程活动等因素的影响。研究结论：为研究区内的防灾和减灾工作提供重大依据。关键词：滑坡；泥石流；快鸟图像中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1674-3695-（2010)02-25-051引言在我国各类灾害及其所导致的环境问题中，由地质灾害造成的损失约占整个灾害损失的35。其中，崩塌、滑坡、泥石流及人类工程活动诱发的浅表层地质灾害所造成的损失约占55%。这些灾害的一次性规模虽小于地震、洪涝灾害等，但其发生频度和涉及范围则远远高于和广于这两种灾害，一年的总损失约达200亿元。由此可见，地质灾害已经严重地威胁着人民的生命财产安全，严重阻碍了社会经济可持续发展。其突发性与救灾的迫切性使得利用高新技术进行地质灾害调查、监测和防治成为刻不容缓的任务。遥感技术己成为区域地质灾害及其发育环境调查不可缺少的先进技术。本文的研究意义体现在以下几个方面：（l）提高地质灾害的研究精度和程度本文采用的Quick Bird数据的全色波段地面分辨率为0.61m，多光谱波段地面分辨率为2.44m。Quick Bird数据的独特之处在于空间分辨率高、地理定位精确、成像面积大、成像搜集时间灵活。因此拥有的遥感数据具有非常好的细节分辨力，能够清晰的反映地质灾害体的详细分布状况以及丰富的相关背景信息。（2）丰富研究区地质灾害的研究成果表现形式传统的工程项目成果主要以文字和图纸的方式表达，这种方式不便于更新、保存。本文则因使用了高分辨率、多光谱的遥感数据源，并用正射图像进行人机交互解译，所以解译成果表现形式丰富，例如，解译图、数字高程模型（DEM）、栅格图（DRG）等，因此数据丰富，信息量激增。（3）较全面地完成研究区地质灾害的调查采用Quick Bird图像数据对研究区的地质灾害位置和属性进行微观分析，较全面地完成了研究区地质灾害的调查研究，掌握了该地灾情，为研究区的灾害防治提供了依据。2研究区概况本文研究区境内地形复杂，既有2600m的高寒山区，又有500m的低海拔河谷热坝，呈明显的垂直立体气候。境内地势中间低，四周高，呈明显的盆地和山地相结合的地貌。空气湿度大、降雨多，雨量充沛且降水集中，又由于其山地地形容易蓄积水源和固体松散物质，所以容易诱发泥石流。境内水系发达，有大小河流8条，支流地表形态多呈树枝状，这些支流具有流程较短，纵坡降、横坡降大的特点，谷坡多在20。-45，斜坡土体经常处于饱和状态，一旦大雨、暴雨来临，极易受冲蚀产生滑坡、泥石流。境内大红山储有丰富的磁铁矿和铜矿，矿产的开发容易导致滑坡等灾害的发生。近几年来，滑坡、泥石流等地质灾害酿造的悲剧屡屡发生，使本研究区成为地质灾害高发区域之一。研究区地质灾害主要是滑坡和泥石流。镇内的数字高程模型图(DEM）见图l。3图像预处理本文研究使用的遥感图像为地面分辨率为0.61/Pix的美国Quick Bird卫星基础图像，该产品的优点在于这种卫星影像数据辐射和几何变形较小，所做的处理很少。随同卫星影像，提供了卫星姿态、星历表、成像仪模型信息，非常适用于高精度的摄影测量处理。3.1生成数字高程模型本论文对现有的1:5万地形图进行扫描，在软件的基础上，利用人机交互式等高线矢量化的方法，以获取生成DEM所必需的信息，采用不规则只角网（TIN）模块进行内插，将TIN数据进行离散点三角网格化，即进行重采样，然后将其转换成DEM的GRID数据，在MAPGIS中生成数字高程模型（DEM）立体显示。工作流程如图2所示。3.2研究区遥感影像正射校正利用前面所作的l:5万DEM对Quick Bird图像逐像元进行正射校正，消除投影差，增加图像的几何精度。对于Quick Bird卫星图像，因获取的图像数据已经赋予地理坐标系，因此可直接通过目视在图像上选取经纬线交叉点为控制点，作为卫星图像地理编码的转换控制参数。图像几何精校正的目的就是要消除高差对卫星遥感图像的影响，并通过地理编码生成对应于某种投影系的正射地理编码图像。由于数据是标准图像产品，经过了辐射校正、遥感器几何纠正以及平台几何纠正后的带有地理网格的图像数据，所以根据DEM采用多项式对图像进行几何精校正即可。正射校正的过程如图3所示。4研究区解译标志的建立及灾害信息的提取地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无论是滑坡、泥石流等灾害个体，还是由它们组合形成的灾害群体，在遥感图像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别。因此，对滑坡和泥石流等地质灾害的规模、形态特征及孕育特征，均能从遥感图像上直接解译圈定。4.1滑坡解译标志滑坡是常见的重力堆积，它具有明显的地貌特征。由于滑坡过程是由陡坡变为缓坡的位能释放过程，所以滑坡的总体坡度较周围山体平缓，有的甚至成为平坦地形或凹地由于岩性、构造、地下水活动和滑坡体积等条件不同，滑坡以不同形状下滑，最典型的是滑坡体与后壁、两侧壁构成的圈椅状地形，其它如舌形、梨形、弧形、不规则形等也很普遍。滑坡体的这些形状在遥感图像上有清晰的图像，比较容易被识别。滑坡体在滑动前及滑动过程中，滑坡体前缘、后缘、两侧及中部均会产生裂隙；首次滑动以后这些裂缝在地表水和其它营力作用下发育成大小不等的冲沟。这些冲沟在遥感图像上表现为明显的带状阴影和色调差异。根据这些图像特征来识别滑坡体上沟谷的展布规模、条数、切割深度、沟内分布物等。应用遥感图像对滑坡地貌进行解译时，应注意滑坡活动区域断裂构造、地貌特征、岩性和水文条件。尤其是规模大的活动断裂地段，地形坡度较陡的山地，是最容易发生滑坡的区域。如图4，滑坡区域明显与其周围色调不一致，滑坡体堆积于沟谷，形成圈椅状，有些已被植被覆盖，有些被开垦，呈现平整土黄色的裸地，中间有一条冲沟。可识别出在已有滑坡舌上再堆积了一条较新的滑坡舌，是在原有滑坡基础上新近发生的滑坡。 4.2泥石流解译标志主要根据有无堆积物来解译泥石流，泥石流形成区多是陆岩、碎屑岩布露区。由于泥石流堆积物易被流水搬运或人类活动改造，保存时间较短，另一方面又受遥感数据获取条件的限制，一般比较难解译。解译泥石流时须考虑泥石流的形成区、流通区及堆积区。（l）泥石流形成区流域多呈勺状、漏斗状、椭圆状等二面环山。植被不发育，松散土层较厚，坡耕地比较多。常发育堆积层滑坡，或溯源侵蚀极强而产生坍塌，或密集细沟、深切沟，时有撂荒地。（2）泥石流流通区沟槽宽窄曲直不一，多呈分叉的河段或干沟。沟槽弯曲段常见色调灰白色的堆积物。图像结构粗糙的是粗砾堆积物，细腻的是细砾堆积物沟槽顺直段，具冲刷图像特征，缺少堆积物。（3）泥石流堆积区堆积区主要位于沟口，常呈扇状地形。其上面的水流不稳定，多呈漫流或不规则状水流，图像结构粗细间杂，一般扇体外缘图像结构相对细腻。上述三个控制泥石流形成的基本条件，又与区域水文、气象、地形地貌、岩性、构造、地表物质组成、植被、不良地质现象等因素密切相关，因而泥石流灾害调查的关键，就在于对影响泥石流形成的自然因子进行宏观和微观的调查和综合分析。如图5，东西走向的江流上游为山区，地形复杂，植被发育不良，有滑坡发生，江流本身的江水及岸边的滑坡为泥石流提供了必备的水动力和松散固体物质。中游为较顺直的一段沟谷，沟谷较窄且纵坡降较大，泥石流便沿着江流形成流通区，在与另一条南北走向的江流的交汇处形成了明显的扇形堆积区。4.3研究区灾害信息提取研究区地质灾害灾种主要有滑坡和泥石流2种，其中28处滑坡，2处大型泥石流。滑坡分布广，危害显著，泥石流灾害点虽少，但面积广，威胁对象多为人口密集的村落或乡镇驻地。研究区地质灾害受构造控制明显，地质灾害主要分布于西部的红河断裂带两侧。断裂山地、山地陡坡耕作地区也多见滑坡地质灾害出现。人类活动较强，滑坡灾害发育较为集中，道路两侧、工厂、矿区多存在滑坡隐患，地质灾害的潜在危害较大。滑坡堆积物又容易成为泥石流的固体物质来源，造成滑坡与泥石流灾害共发的情况。5研究区地质灾害分析5.1研究区地质灾害分区如图6所示，研究区地质灾害分为7个区域：A高植被-腐质层滑坡区，区域内地质灾害发育不明显；B河谷盆地-泥石流堆积区，区域内主要有泥石流1堆积区，泥石流2堆积区，堆积区都在地势低的河谷盆地河岸边；C陡坡耕作-滑坡泥石流区，地质灾害发育严重，陡坡耕作是导致滑坡和泥石流发生的重要影响条件。该区域地质灾害主要有：滑坡1，滑坡2，泥石流1形成区、流通区；D断裂山地-滑坡区，断裂山地滑坡是研究区滑坡的一个主要类型，地质灾害发育严重，该区域地质灾害主要有滑坡3、滑坡4、滑坡5，其中滑坡4发生在断裂山地-滑坡区与高植被-腐质层滑坡区两个区域的交界处，滑坡5发生在断裂山地-滑坡区、高植被-腐质层滑坡区和陡坡耕作-滑坡泥石流区三个区域的交界处；E断裂山地-滑坡区，区域内地质灾害发育不明显；F地质灾害欠发育区，区域内地质灾害发育不明显；G矿山地质灾害发育区，地质灾害发育严重，该区域内地质灾害主要有滑坡6，泥石流2形成区、流通区。5.2研究区地质灾害成因分析（l）地质因素研究区地处断裂带，山地变质岩带的片麻岩、片岩劈理发育，产状与坡向一致，沿劈理面易产生斜坡变形，三叠纪的砂岩、泥岩易风化，遇水软化，饱水后力学强度降低较快。深大断裂两侧岩石破碎，结构面发育，灾点多沿该断裂带分布。（2）地形因素研究区山坡陡（平均300)，高差大（最大相对高差1150米），河流侵蚀强烈，微地貌再造活跃，斜坡上的物质多处于极限平衡状态。（3）高强度降雨是直接诱发灾害的因素据海拔1640米的某水文站记录的雨量资料显示，发生灾害前的一段时间里，降雨强度最大。可见高强度降雨是引发灾害的最直接原因。（4）村寨规划及人类活动的不合理由于海拔1300米以下地形相对平缓，聚集了众多村寨，村寨为解决耕地不足，过度开垦陡坡地种植甘蔗，同时村级简易公路遍布其间，局部建筑物密度极大，由此造成的坡脚开挖、坡面建设超载，引水灌溉及村内、村寨周围生产、生活用水随意排放，地表水渗入坡体导致斜坡稳定性降低。5.3研究区地质灾害相关性探讨滑坡、泥石流两种地质灾害之间除了相互区别外，它们常常具有相互联系，相互转化，不可分割的密切关系。滑坡与泥石流的关系，一般而言，易发生滑坡的区域也易发生泥石流，只不过泥石流暴发多了一项必不可少的水源条件。滑坡的物质经常又是泥石流的物质来源，滑坡还常常在运动过程中转化为泥石流，或者滑坡发生一段时间后其堆积物在一定的水源条件下产生泥石流：如滑坡6的固体物质直接流入江中，成为泥石流2的固体物质来源。6结论论文探讨了遥感技术在地质灾害调查中的应用。选取Quick Bird数据作为研究的数据源，辅助于相关资料，对遥感图像进行解译，提取研究区地质灾害信息。先对研究区进行宏观分析，根据地貌、植被覆盖率、地质灾害发育类型和程度，将研究区分为7个区域，并解译出地质灾害灾种主要有滑坡和泥石流2种，其中28处滑坡，2处大型泥石流。在对研究区地质灾害宏观了解的基础上，对地质灾害个体进行微观分析。研究中所选用的Quick Bird数据空间分辨率达0.61m,在其图像上能清楚而详细地钩绘出滑坡、泥石流的具体位置和规模，有利于对滑坡、泥石流灾害空间分布及其规律进行微观分析，并提取出滑坡、泥石流地表细节情况，为调查研究区的灾害成因提供了依据。参考文献：l钟颐,余德清.遥感在地质灾害调查中的应用及前景探讨J.中国地质灾害与防治学报,2004.15(l):134-136.2刘柑,贾琇明.浅谈遥感技术在地质灾害调查中的应用J.科技情报开发与经济,2005.15(5):170-171.3张宏雨.新平哀牢山自然保护区周边社区对资源利用的分析J.林业调查规划,200530(4):122-124.4林辉,何安国,赵熠鹏,罗树壮. 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