遥感技术在地质灾害监测中的应用

2013-08-15孟凡影

常州工学院学报 2013年6期

孟凡影

(吉林建筑大学城建学院，吉林长春 130111)

遥感技术是一门对地观测综合性技术，是利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，从远离地面的不同工作平台(如人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机、飞机、气球和高塔等)，运用紫外线、可见光、红外线、微波等各类传感器，通过摄影、扫描等各种方式，接收并记录来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别地面物质的性质和状态。

我国遥感技术经过40多年发展，现已形成了具备对全球大气、海洋和陆地系统观测和动态监测的完整体系。随着自主研发能力的不断加强，我国遥感图像数据处理、识别和应用等技术水平不断提高，在由气象卫星、海洋卫星、陆地资源卫星和环境与灾害卫星等组成的空间对地观测体系下，遥感技术为快速获取地质宏观信息，进行地质研究提供了重要的信息依据，特别是在地质灾害监测中获取多时相、多波段、多分辨率遥感图像的数据源，并进行灾害的周期性和重复性、灾害间的相关性、致灾因素的演变、灾害发展趋势、灾源的形成、灾害载体的运移规律和灾害前兆信息等研究和分析，有助于对不同的灾害做出准确程度不等的近期、中期、长期和临灾预报。

1 遥感技术原理及发展现状

遥感即为遥远的感知。遥感技术是根据电磁辐射(发射、吸收、反射)理论，应用各种光学、电子学和电子光学探测仪器对远距离目标所辐射的电磁波信息进行接收记录，再经过加工处理，并最终成像，从而对环境地物进行探测和识别的一种综合技术。物质不同，其分子、原子数量及组合方式也不同，所特有的反射电磁波性质也不同，对外来电磁波反射性质也就不同。因此不同的物体发射不同波段的电磁波，不同的物体对太阳和人工辐射有不同的吸收、反射和透射能力，这些差别经过遥感形成了不同的成像，然后把这些不同的遥感成像解译就可区分不同物体，从而收集目标物的各种信息数据，以掌握人们所需的各种信息资料。

近年来我国地质灾害研究在采用遥感技术后取得了重大进展，包括近年来开展的全国特大滑坡灾害调查及危险性评价、典型地质灾害监测预警与示范治理、重点地区地裂缝与地面沉降调查、国家重大工程区域地壳稳定性调查与评价等项目都是建立在遥感图像的分析判断基础上的。

由气象卫星、海洋卫星、陆地资源卫星和环境与灾害卫星等组成的空间对地观测体系，能够覆盖全国陆地、海域以及我国周边国家和地区1 500万km2的地球表面。可见光、红外到微波遥感器都实现了星载飞行，遥感器包括可见光相机(胶片式和传输式)、可见光红外多光谱扫描仪、多种分辨率成像光谱仪、多波段微波辐射计、微波散射计、微波高度计、合成孔径雷达等。具备了自行研制卫星地面接收站及其相应数据处理系统的能力。研发了具有自主知识产权的遥感数据处理平台，开发了多套通用遥感图像处理系统和专题遥感信息提取系统。我国风云气象卫星系列不仅显著提高了我国卫星气象监测能力，还为国家应急管理、减灾救灾体系建设、应对气候变化提供了有力的技术支撑，被世界气象组织纳入地球观测业务卫星序列，成为全球地球综合观测系统的重要组成部分。

2 遥感技术在地质灾害监测中的作用

各种自然灾害发生前一般都会出现各种先兆，而且很多灾害的发生和发展都有一定的时空规律，彼此之间常有一定的关系，这就为自然灾害的预报提供了可能。在自然灾害的预报和研究中运用遥感技术可以发挥以下几个方面的作用:

2.1 推动国家自然灾害数据库建设

地质灾害是一种常见的自然灾害，发生地质灾害后的地形地貌在遥感图像中通常与周围正常的情况有所区别，特别是在形态、色调和影纹结构等方面。为了在地质灾害发生后快速及时地了解地质灾害的规模和具体情况，可以通过我国的资源卫星、气象卫星和其他专业卫星等进行遥感信号的采集，然后运用地质灾害遥感信息的合理解释，对已经发生地质灾害的地点或是隐患点进行详细的调查分析，并对数据进行整理后得出灾害规模、灾害分布、形成因素、孕育过程、变化趋势等。通过以上工作可以有效推动对灾害数据的收集和整理工作，并且按照地质灾害的类别，建立灾害要素数据库，构建灾害预测评估和灾后灾害快速评估运行系统。

2.2 为抗灾救灾应急决策提供快速信息支持

一些突发性自然灾害，难以实现迅速、准确、动态的监测与预报，但遥感技术可以不受地面条件限制，快速获取灾害发生后灾区的全面景观，根据灾害分类分级及影像模型，判读图像，快速确定灾情，为应急救援工作提供第一手资料，从而在最短的时间内实现对自然灾害的应急响应。

在2008年四川汶川大地震及2010年青海玉树大地震中，有关部门使用多种航天、航空遥感技术为抗震救灾指挥部及时提供了多种类型、不同分辨率的卫星和航空遥感数据分析信息，为抗震救灾指挥系统及时全面地了解灾情、快速部署救援行动提供了可靠的信息支持。

在澳大利亚维多利亚州发生特大火灾时，我国立刻调整了环境减灾卫星A、B星拍摄角度和运行频率，每天两次飞过澳大利亚上空，迅速准确地拍摄了澳大利亚火场的光学、红外和雷达图像，为澳大利亚空间信息合作研究中心提供了大量的卫星监测图像，极大地帮助了澳大利亚有关部门的灭火行动。

2.3 提高次生灾害的预测预报能力

做好次生灾害的排查与监测预警工作，是减少和降低灾害损失的重要措施。利用卫星遥感技术实时监测地震次生灾害，让人们能够有效规避灾害或减小灾害损失。在2008年汶川大地震中，中国国土资源航空物探遥感中心通过航空遥感应急调查，及时掌握了北川等14个重灾县市道路、房屋损坏等灾情和崩塌、滑坡、泥石流及堰塞湖等次生灾害情况，共解译出地震引发的崩塌、滑坡、泥石流7 226个，堰塞湖147个，灾害毁路1 423处;圈定有危险的村镇264个，潜在危险道路1 732处，从而为有效防范次生灾害的发生、最大限度地降低灾害损失提供了有力的信息支持。

2.4 为灾后重建规划提供决策依据

地震等重大自然灾害发生后，灾区的重建规划是抗灾救灾的一项重要工作。如地震灾后恢复重建规划应当根据地质条件和地震活动断层分布以及资源环境承载能力，重点对城镇和乡村的布局、基础设施和公共服务设施的建设、防灾减灾和生态环境以及自然资源和历史文化遗产保护等作出安排。城镇和工程选址时要充分考虑灾害综合区划，既防止类似的灾害重复发生，也要防御其他自然灾害的侵袭。在2008年四川汶川大地震发生后，我国利用航天和航空遥感，及时开展汶川地震灾情评估工作，完成不同烈度人口影响评估，以及房屋倒损、道路损毁、人员伤亡等灾情及次生灾害评估、灾情综合评估、地震灾害范围评估、地震灾害经济损失评估等工作，为灾区规划重建提供了科学依据和决策咨询。

2.5 帮助提高地震预测预报水平

地震的预测预报是一个世界性难题。我国破坏性地震频繁发生，损失极为惨重。为了有效地预测地震发生，必须对地震前的各种兆信信息进行收集和数据挖掘，找到地震演变规律，尽可能地有效预测预报地震。卫星遥感技术通过多种手段观测、广阔的信息覆盖、短周期的观测手段等，为提高地震灾害的预测预报水平提供了可能。遥感技术用于监测和评估地震灾害已成为研究的一大热门。目前，遥感方法中合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在监测地震形变方面的潜力已得到广泛认同。

在地震研究方面，我国运用各种遥感图像，进行断层活动性、强震构造环境、地震地表破裂等方面的遥感地质解译以及干涉形迹测量研究，取得了重要研究成果。同时还开展了遥感技术在地震监测预报中的可应用性研究、红外遥感地震前兆的异常特征、预报方法和机理研究以及地震前兆热红外异常卫星遥感监测与快速处理系统研究等，为卫星遥感应用于地震监测预报开辟了新的方向。我国地震局已将卫星遥感的部分热红外实测数据，通过全国地震系统共享给所有地震研究工作者，为地震监测和预报提供数据支持。

3 遥感技术在地质灾害监测中的具体应用

我国的地质灾害遥感调查技术为大型工程的可行性研究提供地质灾害分布、潜在危害及环境基础资料。实践证明，遥感技术在识别滑坡、泥石流，制作区域滑坡、泥石流分布图等方面体现出巨大的应用价值。

3.1 孕灾背景调查与研究

从地质灾害预测预报相关理论分析可知，灾害孕育过程中要对一些因素进行长期观测，发现其变化规律。这些因素包括时日降水量、地面坡度、多年平均降水量、植被发育状况、构造发育程度等。这些因素的成功观测是地震预测预报的重要保障。通过气象卫星可以实时检测降雨情况，而资源卫星可以对地表地物进行详细的调查，通过红外波段和微波波段分析地下物质的体貌体征等。结合气象卫星和资源卫星强大的遥感技术，可以对以上孕灾因素进行实时监控和分析，因此利用遥感技术有效调查研究地质灾害孕灾背景是遥感技术的重要应用之一，也是地质灾害最重要的基础准备工作。

3.2 地质灾害现状调查与区域划分

在地质灾害发生后，必须及时有效地对地质灾害现状进行总体分析，了解其发生规模和特征，才能制订相应的救灾和避灾措施。地质灾害过程中，不良地质所迸发出的滑坡、崩塌、泥石流等灾害个体或灾害群体，在遥感图像中会呈现出与众不同的地质特征。很多关于地质发生规模和形态特征等信息都可以通过遥感影像进行提取。这些信息提取后，就可以有效分析目标区域内地质灾害发生点和隐患点的全面信息，找到灾害发生的分布、规模、特点、趋势等信息。另外，在上述工作基础上还可以对地质灾害发生地进行区域划分，对地址灾害进行分级管理，对隐患区进行严密监控，为建立地质灾害监测网络提供基础资料。

3.3 地质灾害动态监测与预警

当地质体从量变到质变后，地质灾害很容易发生，但是这种从量变到质变的过程是很难被观测察觉的，因为其蠕动速率非常小且比较稳定，地质灾害动态检测就是期望实时得到发生突变的信息，来预测和预报灾害发生。在全球卫星定位系统(GPS)的精确定位下，这种缓慢的变动速率是可以被察觉并记录的。利用卫星定位系统进行地质灾害动态检测，可以有效地对地质灾害进行预测、预报和警报。

3.4 灾情实时调查与损失评估

当地质灾害的发生不可避免时，就要尽可能地减小灾害损失，这就要求在地质灾害发生后对灾情进行实时检测和调查，并评估和区分灾情较重和较轻的区域，进行有效的人员救援和物资运送。利用遥感技术可以对地质灾害进行详细的调查，除了可以对人员和牲畜伤亡进行统计外，还可以对地面建筑、水域资源、桥梁道路、自然资源等各项情况进行实时的调查和评估，为救灾提供有效的信息支持。