基于遥感与GIS技术的什邡市土地损毁变化分析

常睿春,何政伟

(1.成都理工大学 信息管理学院,成都 610059;2.成都理工大学 信息工程学院,成都 610059;3.成都理工大学 地球科学学院,成都 610059;4.成都理工大学 数字国土与生态科学研究所,成都 610059)

0 前言

传统的地震灾害调查主要依靠实地勘测获取信息,虽然获取的数据精度和置信度较高,但存在工作量大,效率低,费用高以及成果不直观等缺点。随着近年来卫星遥感技术的飞速发展,利用多源多尺度遥感图像的测量,为灾区土地利用动态变化监测提供了有力支持[1],目前利用遥感技术获取震害信息的技术已进入实用化阶段。

作者将2007年9月18日Landsat T M图像和2008年7月18日震后Landsat T M图像进行了对比,发现二个时相数据相差间隔为一年,成像时间相近,对于提取震前、震后土地利用变化范围具有时间上的可比性。RS与GIS技术相结合,处理遥感数据,快速有效。

1 研究区概况

什邡处于龙门山地槽边缘拗陷带中南段之什邡～绵竹复式褶皱带,全市幅员800多平方公里,区内山地、丘陵、平原兼而有之,其东南方向是广袤的成都平原,西北方向是龙门山段,地貌分界线明显。地震对什邡市土地利用影响很大,地震造成山体垮塌、河道堵塞、森林、农田、房屋被毁,道路、通讯、电力中断,这些变化必将对该市的生态环境,城市建设,人口分布,经济发展产生了影响。

图1 研究区位置示意图Fig.1 Location of study area

2 遥感数据处理

利用遥感技术对什邡市地震前、后的T M遥感数据进行处理,获取震前、震后土地利用图;对比地震前、后的土地利用变化,提取土地灾毁信息;划定灾毁土地分布范围,进而统计出土地利用类型损毁状况;对受损区域进行空间分析[2、3]。

技术路线如图2所示。

图2 技术路线图Fig.2 Technology chart

2.1 几何校正

本次先用1∶250 000的地形图对震前研究区遥感影像进行几何精校正,再利用校正好的震前遥感影像,对震后遥感影像进行几何精校正。经过反复研究和试验,每幅图像选择大于六十个控制点,均匀分布,为提高计算速度和保持图像的连续性,选择双线性法进行内插计算,使得校正误差控制在一个像元之内,保证了二个不同时相数据相同位置像元的空间位置配准。

2.2 图像镶嵌

图像镶嵌就是将具有地理参考的若干相邻图像合并成一幅或一组图像。为了保证研究区行政界线的完整性,需将震前、震后遥感图像分别进行镶嵌。为了使镶嵌后图像光滑且清晰,作者采用了多种方法进行镶嵌试验,使得镶嵌结果符合要求。

2.3 图像裁剪

图像裁剪是按照研究区域的行政界线或感兴趣区域,将研究区域从整幅图像上分幅裁剪下来。为了对感兴趣区域进行研究,研究区域图像是根据四川省什邡市行政界线(＊.shp)对已镶嵌好的震前和震后遥感图像进行裁剪。

2.4 图像增强

利用复合波段比值法基本原理,采用T M5/T M7,(T M5/T M7)/(T M4/T M3)可以很好地表示出土壤信息。但是,这二种处理都或多或少地带有其它干扰信息,如植被信息、水体或其它干扰信息,但这些干扰信息可通过遥感图像处理中的逻辑取与的方式被有效地消除,这样很有利于研究区的土壤监测。在处理时,要深入研究分析目标地物间的光谱特征和变化,以利用混合四则运算处理突出目标地物的显示,或从不同组合的混合运算处理中,选择出增强效果最佳的处理方案[4、5]。

3 什邡市土地灾毁分析

3.1 震前土地利用

什邡市土地利用类型以有林地与平原水田为主,主要分布在西北山区和东南成都平原地区。其它土地利用类型则主要包括城镇用地、旱地、疏林地、各种覆盖度的草地、河渠、裸岩、滩涂,以及其它建设用地。其中,城镇用地主要以什邡市区为主,并不断以其为中心呈放射状发展;周围乡镇用地和农村居民用地散落分布;旱地在山地、丘陵、平原中都有分布,而平原旱地居多,丘陵旱地次之,山地旱地则相对较少,并主要分布在高山沟谷地带。疏林地与草地分布在什邡市西北方海拔较高的山地,由东向西,由南向北,随海拔高度逐渐由疏林地向不同覆盖度的草地过渡,高海拔区为裸岩地(如下页图3所示)。

3.2 震后土地利用

什邡市为汶川大地震的极重灾区之一,震后市域范围内土地利用类型变化十分明显(如下页图4所示)。通过观察什邡市震后遥感图像发现,什邡市西北方、沿龙门山脉,有大量的有林地受到地震影响,地表植被破坏严重。较高海拔地区的疏林地与草地,同样受到地震破坏,地表裸露,表现为裸岩的遥感影像特征明显,裸岩的面积增加。在耕地中,山地旱地由于地处山地沟谷地带,受地震破坏程度较大,丘陵次之,而平原旱地处于成都平原地区,受地震影响小。平原水田情况与平原旱地类似,在遥感影像上所表现出来的灾毁影像特征并不明显。部份处于高山峡谷地带的河流,由于地震引起的山体崩塌和滑坡,河道淤积,水位上升,部份沿河耕地被水淹没。什邡市东南方向的平原地区,由于离震中距离较远,地震影响小,其灾毁区域并不明显,除去城市扩张等外界变化因素,受地震影响造成的土地利用类型改变不大。

图3 什邡市震前土地利用图Fig.3 The map of Shifang land-use before the earthquake

3.3 震前震后土地利用变化

对震前什邡市土地利用情况进行统计(见图5)表明:什邡市全市面积864 km2,其中有林地278 km2,占市域总面积的32%;疏林地约89 km2,高、中覆盖度草64 km2,城镇用地与农村居民用地分别为21.8 km2、1.7 km2;裸岩地16.4 km2;主要耕地类型为平原水田与旱地,平原水田面积约323.8 km2,占市域面积的37.7%,旱地面积约为46 km2,其中以平原旱地居多,丘陵和山地旱地较少。

图4 什邡市震后土地利用图Fig.4 The map of Shifang land-use after the earthquakeland-use

对震后什邡市土地利用情况进行统计(见下页图6、图7),该市有林地、疏林地、草地等土地利用类型受到地震影响,面积有所减少。其中,有林地灾毁83.9 km2,疏林地灾毁30.8 km2,中高覆盖度草地共灾毁38.7 km2;城镇用地、农村居民用地,以及耕地受地震影响也有损毁,但其实际面积却比震前有所增加,主要是因为城市、农村发展,其扩张面积大于本次地震所造成的损毁面积。同时,地震还造成了其它土地利用类型损毁。

图5 什邡市震前土地利用类型面积比率Fig.5 The ratio of land-use types pre-earthquake in Shifang city

图6 什邡市震后土地利用类型面积比率Fig.6 The ratio of land-use types after-earthquake in Shifang city

图7 什邡市震后灾毁类型面积百分比Fig.7 The percentage of damaged area type after the earthquake

4 结论

以地震灾区什邡市为例,综合运用遥感与GIS技术,对该市震前震后土地利用变化进行了分析,主要得到以下认识:

(1)遥感技术可进行大面积同步观测,并能获得历史动态数据,有利于区域性大范围动态监测分析,缩短了土地利用调查周期,加快了灾区恢复重建研究速度。尤其是在缺少实测资料的地区,可有效降低恢复重建研究难度。

(2)通过GIS空间分析技术,得到了研究区土地利用变化信息,有林地与平原水田是研究区土地利用/覆被的主体,农田主要分布在什邡市西北方峡谷地区以及丘陵地区。在未受外力作用下,土地利用景观格局相对稳定;在地震及次生灾害的外动力作用下,林地、灌木林地、草地的形变较大,而农田毁损的几率较小。

(3)经研究发现,由于农田所占比例较小,虽然损毁农田是灾毁土地的重要组成部份,但绝对毁损面积有限,由农田破坏引起的次生灾害链和生态链演变有限。

[1] 黄庭,张志,谷延群,等.基于遥感和GIS技术的北川县地震次生地质灾害分布特征[J].遥感学报.2009,13(1):177.

[2] M IGUEL ESTRADA,FUM IOYAMAZAKI.Useof Landsat Images for the Identification of Damage Due to the 1999 Kocaeli,Turkey Earthquake[A].Proceedings of the 21st Asian Conference on Remote Sensing[C].Taiwan,Taipei,2000.

[3] MASASH IMATSUOKA,FUM IO YAMAZAKI.Identification of Damaged areas Due to the 1995 Hyogoken-Nanbu Earthquake Using Satellite Optical Images[A].Proceedings of the 19th Asian Conference on Remote Sensing,Q9[C].Philippines:Traders Hotel,Manila,1998.

[4] 沙晋明,史舟,王人潮,等.东南山区土壤遥感监测的图像处理及分类[J].水土保持学报.2000,14(1):38.

[5] 谌进波,廖勇龙,王兴众,等.基于比值法的假彩色图像增强效果对比研究[J].北京测绘.2009.1:50.

[6] 赵银兵,何政伟,张何兴.T M图像在成都市演变研究中的应用[J].物探化探计算技术,2006,28(3):267.