西南地區(qū)快鳥圖像的地質(zhì)災(zāi)害遙感信息識(shí)別

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1、西南地區(qū)快鳥圖像的地質(zhì)災(zāi)害遙感信息識(shí)別 摘要：研究目的：探討快速、準(zhǔn)確的提取中國(guó)西南地區(qū)滑坡、泥石流災(zāi)害的新方法。研究方法：本文利用高空間分辨率的Quick Bird圖像，突破傳統(tǒng)調(diào)查方法的限制，發(fā)揮其宏觀、綜合、直觀、快速等優(yōu)點(diǎn)，在Quick Bird圖像上詳細(xì)地圈定滑坡和泥石流災(zāi)害體的位置及發(fā)育范圍，結(jié)合高程和坡度等基礎(chǔ)地理信息，探討地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的空間規(guī)律。研究結(jié)果：研究表明該研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害以泥石流、滑坡為主，主要沿河及公路等人類活動(dòng)較密集的區(qū)域分布，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生大多受到降雨和工程活動(dòng)等因素的影響。研究結(jié)論：為研究區(qū)內(nèi)的防災(zāi)和減災(zāi)工作提供重大依據(jù)。 　　關(guān)鍵詞：滑坡；泥石流；快鳥圖

2、像 　　中圖分類號(hào)：P23　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　 文章編號(hào)：1674-3695-（2010)02-25-05 　　1引言 　　在我國(guó)各類災(zāi)害及其所導(dǎo)致的環(huán)境問題中，由地質(zhì)災(zāi)害造成的損失約占整個(gè)災(zāi)害損失的35％。其中，崩塌、滑坡、泥石流及人類工程活動(dòng)誘發(fā)的淺表層地質(zhì)災(zāi)害所造成的損失約占55%。這些災(zāi)害的一次性規(guī)模雖小于地震、洪澇災(zāi)害等，但其發(fā)生頻度和涉及范圍則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于和廣于這兩種災(zāi)害，一年的總損失約達(dá)200億元。由此可見，地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)嚴(yán)重地威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。其突發(fā)性與救災(zāi)的迫切性使得利用高新技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)和防治成為刻不容緩的任務(wù)。遙感技術(shù)己成

3、為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)育環(huán)境調(diào)查不可缺少的先進(jìn)技術(shù)。本文的研究意義體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　?。╨）提高地質(zhì)災(zāi)害的研究精度和程度 　　本文采用的Quick Bird數(shù)據(jù)的全色波段地面分辨率為0.61m，多光譜波段地面分辨率為2.44m。Quick Bird數(shù)據(jù)的獨(dú)特之處在于空間分辨率高、地理定位精確、成像面積大、成像搜集時(shí)間靈活。因此擁有的遙感數(shù)據(jù)具有非常好的細(xì)節(jié)分辨力，能夠清晰的反映地質(zhì)災(zāi)害體的詳細(xì)分布狀況以及豐富的相關(guān)背景信息。 　?。?）豐富研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的研究成果表現(xiàn)形式 　　傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目成果主要以文字和圖紙的方式表達(dá)，這種方式不便于更新、保存。本文則因使用了高分辨率、多光譜的遙

4、感數(shù)據(jù)源，并用正射圖像進(jìn)行人機(jī)交互解譯，所以解譯成果表現(xiàn)形式豐富，例如，解譯圖、數(shù)字高程模型（DEM）、柵格圖（DRG）等，因此數(shù)據(jù)豐富，信息量激增。 　　（3）較全面地完成研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查 　　采用Quick Bird圖像數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害位置和屬性進(jìn)行微觀分析，較全面地完成了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究，掌握了該地災(zāi)情，為研究區(qū)的災(zāi)害防治提供了依據(jù)。 　　2研究區(qū)概況 　　本文研究區(qū)境內(nèi)地形復(fù)雜，既有2600m的高寒山區(qū)，又有500m的低海拔河谷熱壩，呈明顯的垂直立體氣候。境內(nèi)地勢(shì)中間低，四周高，呈明顯的盆地和山地相結(jié)合的地貌?？諝鉂穸却?、降雨多，雨量充沛且降水集中，又由于其山

5、地地形容易蓄積水源和固體松散物質(zhì)，所以容易誘發(fā)泥石流。境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，有大小河流8條，支流地表形態(tài)多呈樹枝狀，這些支流具有流程較短，縱坡降、橫坡降大的特點(diǎn)，谷坡多在20。-45，斜坡土體經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，一旦大雨、暴雨來臨，極易受沖蝕產(chǎn)生滑坡、泥石流。境內(nèi)大紅山儲(chǔ)有豐富的磁鐵礦和銅礦，礦產(chǎn)的開發(fā)容易導(dǎo)致滑坡等災(zāi)害的發(fā)生。近幾年來，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害釀造的悲劇屢屢發(fā)生，使本研究區(qū)成為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域之一。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要是滑坡和泥石流。鎮(zhèn)內(nèi)的數(shù)字高程模型圖(DEM）見圖l。 　　3圖像預(yù)處理 　　本文研究使用的遙感圖像為地面分辨率為0.61/Pix的美國(guó)Quick Bird衛(wèi)星基礎(chǔ)圖

6、像，該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于這種衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)輻射和幾何變形較小，所做的處理很少。隨同衛(wèi)星影像，提供了衛(wèi)星姿態(tài)、星歷表、成像儀模型信息，非常適用于高精度的攝影測(cè)量處理。 　　3.1生成數(shù)字高程模型 　　本論文對(duì)現(xiàn)有的1:5萬地形圖進(jìn)行掃描，在軟件的基礎(chǔ)上，利用人機(jī)交互式等高線矢量化的方法，以獲取生成DEM所必需的信息，采用不規(guī)則只角網(wǎng)（TIN）模塊進(jìn)行內(nèi)插，將TIN數(shù)據(jù)進(jìn)行離散點(diǎn)三角網(wǎng)格化，即進(jìn)行重采樣，然后將其轉(zhuǎn)換成DEM的GRID數(shù)據(jù)，在MAPGIS中生成數(shù)字高程模型（DEM）立體顯示。工作流程如圖2所示。 　　3.2研究區(qū)遙感影像正射校正 　　利用前面所作的l:5萬DEM對(duì)Quick

7、Bird圖像逐像元進(jìn)行正射校正，消除投影差，增加圖像的幾何精度。對(duì)于Quick Bird衛(wèi)星圖像，因獲取的圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)賦予地理坐標(biāo)系，因此可直接通過目視在圖像上選取經(jīng)緯線交叉點(diǎn)為控制點(diǎn)，作為衛(wèi)星圖像地理編碼的轉(zhuǎn)換控制參數(shù)。圖像幾何精校正的目的就是要消除高差對(duì)衛(wèi)星遙感圖像的影響，并通過地理編碼生成對(duì)應(yīng)于某種投影系的正射地理編碼圖像。由于數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品，經(jīng)過了輻射校正、遙感器幾何糾正以及平臺(tái)幾何糾正后的帶有地理網(wǎng)格的圖像數(shù)據(jù)，所以根據(jù)DEM采用多項(xiàng)式對(duì)圖像進(jìn)行幾何精校正即可。正射校正的過程如圖3所示。 　　4研究區(qū)解譯標(biāo)志的建立及災(zāi)害信息的提取 　　地質(zhì)災(zāi)害作為一種特殊的不良地質(zhì)現(xiàn)象，

8、無論是滑坡、泥石流等災(zāi)害個(gè)體，還是由它們組合形成的災(zāi)害群體，在遙感圖像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、影紋結(jié)構(gòu)等均與周圍背景存在一定的區(qū)別。因此，對(duì)滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模、形態(tài)特征及孕育特征，均能從遙感圖像上直接解譯圈定。 　　4.1滑坡解譯標(biāo)志 　　滑坡是常見的重力堆積，它具有明顯的地貌特征。由于滑坡過程是由陡坡變?yōu)榫徠碌奈荒茚尫胚^程，所以滑坡的總體坡度較周圍山體平緩，有的甚至成為平坦地形或凹地由于巖性、構(gòu)造、地下水活動(dòng)和滑坡體積等條件不同，滑坡以不同形狀下滑，最典型的是滑坡體與后壁、兩側(cè)壁構(gòu)成的圈椅狀地形，其它如舌形、梨形、弧形、不規(guī)則形等也很普遍?；麦w的這些形狀在遙感圖像上有清晰的圖像，

9、比較容易被識(shí)別?；麦w在滑動(dòng)前及滑動(dòng)過程中，滑坡體前緣、后緣、兩側(cè)及中部均會(huì)產(chǎn)生裂隙；首次滑動(dòng)以后這些裂縫在地表水和其它營(yíng)力作用下發(fā)育成大小不等的沖溝。這些沖溝在遙感圖像上表現(xiàn)為明顯的帶狀陰影和色調(diào)差異。根據(jù)這些圖像特征來識(shí)別滑坡體上溝谷的展布規(guī)模、條數(shù)、切割深度、溝內(nèi)分布物等。應(yīng)用遙感圖像對(duì)滑坡地貌進(jìn)行解譯時(shí)，應(yīng)注意滑坡活動(dòng)區(qū)域斷裂構(gòu)造、地貌特征、巖性和水文條件。尤其是規(guī)模大的活動(dòng)斷裂地段，地形坡度較陡的山地，是最容易發(fā)生滑坡的區(qū)域。 　　如圖4，滑坡區(qū)域明顯與其周圍色調(diào)不一致，滑坡體堆積于溝谷，形成圈椅狀，有些已被植被覆蓋，有些被開墾，呈現(xiàn)平整土黃色的裸地，中間有一條沖溝?？勺R(shí)別出在已有

10、滑坡舌上再堆積了一條較新的滑坡舌，是在原有滑坡基礎(chǔ)上新近發(fā)生的滑坡。 　　4.2泥石流解譯標(biāo)志 　　主要根據(jù)有無堆積物來解譯泥石流，泥石流形成區(qū)多是陸巖、碎屑巖布露區(qū)。由于泥石流堆積物易被流水搬運(yùn)或人類活動(dòng)改造，保存時(shí)間較短，另一方面又受遙感數(shù)據(jù)獲取條件的限制，一般比較難解譯。解譯泥石流時(shí)須考慮泥石流的形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)。 　?。╨）泥石流形成區(qū) 　　流域多呈勺狀、漏斗狀、橢圓狀等二面環(huán)山。植被不發(fā)育，松散土層較厚，坡耕地比較多。常發(fā)育堆積層滑坡，或溯源侵蝕極強(qiáng)而產(chǎn)生坍塌，或密集細(xì)溝、深切溝，時(shí)有撂荒地。 　?。?）泥石流流通區(qū) 　　溝槽寬窄曲直不一，多呈分叉的河段或干溝。

11、溝槽彎曲段常見色調(diào)灰白色的堆積物。圖像結(jié)構(gòu)粗糙的是粗礫堆積物，細(xì)膩的是細(xì)礫堆積物溝槽順直段，具沖刷圖像特征，缺少堆積物。 　?。?）泥石流堆積區(qū) 　　堆積區(qū)主要位于溝口，常呈扇狀地形。其上面的水流不穩(wěn)定，多呈漫流或不規(guī)則狀水流，圖像結(jié)構(gòu)粗細(xì)間雜，一般扇體外緣圖像結(jié)構(gòu)相對(duì)細(xì)膩。 　　上述三個(gè)控制泥石流形成的基本條件，又與區(qū)域水文、氣象、地形地貌、巖性、構(gòu)造、地表物質(zhì)組成、植被、不良地質(zhì)現(xiàn)象等因素密切相關(guān)，因而泥石流災(zāi)害調(diào)查的關(guān)鍵，就在于對(duì)影響泥石流形成的自然因子進(jìn)行宏觀和微觀的調(diào)查和綜合分析。 　　如圖5，東西走向的江流上游為山區(qū)，地形復(fù)雜，植被發(fā)育不良，有滑坡發(fā)生，江流本身的江水及岸邊

12、的滑坡為泥石流提供了必備的水動(dòng)力和松散固體物質(zhì)。中游為較順直的一段溝谷，溝谷較窄且縱坡降較大，泥石流便沿著江流形成流通區(qū)，在與另一條南北走向的江流的交匯處形成了明顯的扇形堆積區(qū)。 　　4.3研究區(qū)災(zāi)害信息提取 　　研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種主要有滑坡和泥石流2種，其中28處滑坡，2處大型泥石流?；路植紡V，危害顯著，泥石流災(zāi)害點(diǎn)雖少，但面積廣，威脅對(duì)象多為人口密集的村落或鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害受構(gòu)造控制明顯，地質(zhì)災(zāi)害主要分布于西部的紅河斷裂帶兩側(cè)。斷裂山地、山地陡坡耕作地區(qū)也多見滑坡地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)。人類活動(dòng)較強(qiáng)，滑坡災(zāi)害發(fā)育較為集中，道路兩側(cè)、工廠、礦區(qū)多存在滑坡隱患，地質(zhì)災(zāi)害的潛在危害較大。

13、滑坡堆積物又容易成為泥石流的固體物質(zhì)來源，造成滑坡與泥石流災(zāi)害共發(fā)的情況。 　　5研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分析 　　5.1研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分區(qū) 　　如圖6所示，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分為7個(gè)區(qū)域：A高植被-腐質(zhì)層滑坡區(qū)，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育不明顯；B河谷盆地-泥石流堆積區(qū)，區(qū)域內(nèi)主要有泥石流1堆積區(qū)，泥石流2堆積區(qū)，堆積區(qū)都在地勢(shì)低的河谷盆地河岸邊；C陡坡耕作-滑坡泥石流區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育嚴(yán)重，陡坡耕作是導(dǎo)致滑坡和泥石流發(fā)生的重要影響條件。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害主要有：滑坡1，滑坡2，泥石流1形成區(qū)、流通區(qū)；D斷裂山地-滑坡區(qū)，斷裂山地滑坡是研究區(qū)滑坡的一個(gè)主要類型，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育嚴(yán)重，該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡3、滑坡4

14、、滑坡5，其中滑坡4發(fā)生在斷裂山地-滑坡區(qū)與高植被-腐質(zhì)層滑坡區(qū)兩個(gè)區(qū)域的交界處，滑坡5發(fā)生在斷裂山地-滑坡區(qū)、高植被-腐質(zhì)層滑坡區(qū)和陡坡耕作-滑坡泥石流區(qū)三個(gè)區(qū)域的交界處；E斷裂山地-滑坡區(qū)，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育不明顯；F地質(zhì)災(zāi)害欠發(fā)育區(qū)，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育不明顯；G礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育嚴(yán)重，該區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡6，泥石流2形成區(qū)、流通區(qū)。 　　5.2研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成因分析 　?。╨）地質(zhì)因素 　　研究區(qū)地處斷裂帶，山地變質(zhì)巖帶的片麻巖、片巖劈理發(fā)育，產(chǎn)狀與坡向一致，沿劈理面易產(chǎn)生斜坡變形，三疊紀(jì)的砂巖、泥巖易風(fēng)化，遇水軟化，飽水后力學(xué)強(qiáng)度降低較快。深大斷裂兩側(cè)巖石

15、破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，災(zāi)點(diǎn)多沿該斷裂帶分布。 　　（2）地形因素 　　研究區(qū)山坡陡（平均＞300)，高差大（最大相對(duì)高差1150米），河流侵蝕強(qiáng)烈，微地貌再造活躍，斜坡上的物質(zhì)多處于極限平衡狀態(tài)。 　?。?）高強(qiáng)度降雨是直接誘發(fā)災(zāi)害的因素 　　據(jù)海拔1640米的某水文站記錄的雨量資料顯示，發(fā)生災(zāi)害前的一段時(shí)間里，降雨強(qiáng)度最大。可見高強(qiáng)度降雨是引發(fā)災(zāi)害的最直接原因。 　　（4）村寨規(guī)劃及人類活動(dòng)的不合理 　　由于海拔1300米以下地形相對(duì)平緩，聚集了眾多村寨，村寨為解決耕地不足，過度開墾陡坡地種植甘蔗，同時(shí)村級(jí)簡(jiǎn)易公路遍布其間，局部建筑物密度極大，由此造成的坡腳開挖、坡面建設(shè)超載，引水灌

16、溉及村內(nèi)、村寨周圍生產(chǎn)、生活用水隨意排放，地表水滲入坡體導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低。 　　5.3研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性探討 　　滑坡、泥石流兩種地質(zhì)災(zāi)害之間除了相互區(qū)別外，它們常常具有相互聯(lián)系，相互轉(zhuǎn)化，不可分割的密切關(guān)系。 　　滑坡與泥石流的關(guān)系，一般而言，易發(fā)生滑坡的區(qū)域也易發(fā)生泥石流，只不過泥石流暴發(fā)多了一項(xiàng)必不可少的水源條件。滑坡的物質(zhì)經(jīng)常又是泥石流的物質(zhì)來源，滑坡還常常在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)化為泥石流，或者滑坡發(fā)生一段時(shí)間后其堆積物在一定的水源條件下產(chǎn)生泥石流：如滑坡6的固體物質(zhì)直接流入江中，成為泥石流2的固體物質(zhì)來源。 　　6結(jié)論 　　論文探討了遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用。選取Quic

17、k Bird數(shù)據(jù)作為研究的數(shù)據(jù)源，輔助于相關(guān)資料，對(duì)遙感圖像進(jìn)行解譯，提取研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害信息。 　　先對(duì)研究區(qū)進(jìn)行宏觀分析，根據(jù)地貌、植被覆蓋率、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型和程度，將研究區(qū)分為7個(gè)區(qū)域，并解譯出地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種主要有滑坡和泥石流2種，其中28處滑坡，2處大型泥石流。在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害宏觀了解的基礎(chǔ)上，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害個(gè)體進(jìn)行微觀分析。研究中所選用的Quick Bird數(shù)據(jù)空間分辨率達(dá)0.61m,在其圖像上能清楚而詳細(xì)地鉤繪出滑坡、泥石流的具體位置和規(guī)模，有利于對(duì)滑坡、泥石流災(zāi)害空間分布及其規(guī)律進(jìn)行微觀分析，并提取出滑坡、泥石流地表細(xì)節(jié)情況，為調(diào)查研究區(qū)的災(zāi)害成因提供了依據(jù)。 　　參考文獻(xiàn)：

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