多源遥感数据在新疆精河县震后滑坡调查中的应用

王 娜，徐素宁，王 赛,丁志磊,李文娟，彭 令

(1.中国地质环境监测院，北京 100081；2.北京航天世景信息技术有限公司，北京 100089;3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

0 引言

强烈破坏性地震的发生往往伴随着山体滑坡、泥石流和堰塞湖等地质灾害，造成地面交通受阻、通讯中断，致使人们无法在第一时间获取地震区的受灾程度、震害分布状况等灾情信息[1]。在此情况下，遥感技术发挥其特有的优势，成为快速获取灾情信息、进行震害调查、应急救援和快速评估的有效手段。尤其是近些年来高分辨率遥感以及无人机影像获取技术的迅速发展，使得利用遥感技术进行震害信息的获取与快速评估成为可能[2-7]。英国Benfield Greig灾害研究中心的KILBURNCR等[8]对目前滑坡、崩塌与泥石流等地质灾害的研究方法进行了系统的分析，认为在对地质灾害的研究工作应该是多学科多领域的，包括了地质学、地形学、遥感、测地学与流体力学理论的综合运用；NICHOL J等[9]将 SPOT 影像与20 m空间分辨率多光谱数据做为数据源，采用变化信息监测方法成功地将滑坡与裸岩、土壤分离开来，提取精度达70%。

国外高分辨率数据获取途径受限制，不能短时间内低成本获取，随着国内高分辨率系列卫星发射，使得地质灾害应急工作更好的开展。文章主要采用了两种国产高分辨率卫星数据开展精河县震害应急调查，其中灾前数据采用高分二号影像(GF-2)，全色影像的空间分辨率为0.8 m，该星的重访周期为5 d；灾后数据主要采用高景一号(Superview-1)，全色影像的空间分辨率为0.5 m，该星重访周期为2 d，更能为地质灾害应急行业提供优质服务。文章主要采用二、三维一体化技术解译出疑似滑坡点20处，并以GF-2号卫星数据为基础，结合1∶10万地质图勾画了研究区地层岩性分布图。由此，总结出滑坡主要分布沿精河分布，坡体坡度一般介于42°～60°，并大部分发生于头苏泉组(D2ts)地层中的规律，为今后地质灾害的应急调查提供参考、示范。

1 震区概况

1.1 震区基本情况

2017年8月9日7时27分，新疆博尔塔拉州精河县(北纬：44.27°，东经82.89°)发生6.6级地震，震源深度11 km。震中5 km范围内平均海拔约1 332 m，震中位置发生在北纬44.27°，东经82.89°，距精河县37 km，距博乐市93 km，距乌鲁木齐市383 km。地震位于库松楔克山前断裂附近，该断裂为全新世右旋逆断层，断层走向290°～300°，断层倾向SSW，断层倾角40°～60°。以震中位置为主，近期余震点分布为辅，文章选取了研究区，总面积约计120 km2，具体位置见图1。

精河县隶属新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州，位于天山支脉婆罗科努山北麓，准噶尔盆地西南缘。地形呈凹字形，地势南高北低，垂直高差大，境内有新疆第二大咸水湖艾比湖。截至9日11时，地震共造成精河县32人受伤，其中2人重伤，142间房屋倒塌，1 060间房屋受损，61处院墙和26座畜圈倒塌、4条牧道受损，县城6栋楼房裂缝。

图1 新疆博尔塔拉州精河县6.6级地震震中位置交通图Fig.1 A magnitude 6.6 seismic center traffic map located in Jinghe County of Borta, Xinjiang

1.2 震区地质背景

精河县位于北疆西部，新构造运动特征主要表现为二叠纪晚期华力西旋回后，天山、西南准噶尔山褶皱隆起形成山地，并在山前形成坳陷，其后山体处于基本稳定状态，遭受剥蚀，山前坳陷接受沉积，后经侏罗纪末和晚白垩纪两次褶皱隆起运动，晚第三纪又开始了新构造运动阶段，以断裂活动和断块运动为主，上新世前为初动期，特别是上新世—早更新世的晚喜玛拉雅旋回时期，天山山脉强烈隆起，山前形成规模巨大的山前坳陷，上更新世及全新世为平静期，由此形成了现代地貌景观，震区地震构造图见图2。

图2 震区地震构造图(引自中国地震局)Fig.2 Seismic structure map of earthquake zone(from China Earthquake Administration)

2 数据来源及应用

2.1 数据源

灾前数据文章主要应用高分二号影像(GF-2)，该星于2014年8月19日发射，主要面向土地覆盖、农林规划、环境监测、灾害评估等领域的应用。该星的重访周期为5 d，能很好地为灾情调查及监测提供服务。高分二号全色影像的空间分辨率为0.8 m，光谱范围0.45～0.9 μm；多光谱波段分辨率3.2 m，包括0.45～0.52 μm、0.52～0.59 μm、0.63～0.69 μm、0.77～0.89 μm四个波段。

灾后数据主要采用高景一号(Superview-1)，该卫星于2016年12月底以一箭双星的方式发射升空，是国内首个具备高敏捷、多模式成像能力的商业卫星星座，该星重访周期为2 d，更能为地质灾害应急行业提供优质服务。高景一号全色影像的空间分辨率为0.5 m，光谱范围为0.45～0.89 μm；多光谱空间分辨率为2 m，包括0.45～0.52 μm、0.52～0.59 μm、0.63～0.69 μm、0.77～0.89 μm四个波段。研究中还采用其它数据做补充和参考，具体数据获取时间、总景数见表1。

2.2 数据预处理

根据信息提取要用到的对象特征(几何特征、波段特征、空间相关性等)选择适合的预处理方法，主要步骤包括：正射校正、影像融合、影像镶嵌、影像配准及裁剪。针对震后影像中存在大量地物大多发生位移或受到破坏的情况，实验中采用手动选取控制点的方法对影像进行配准。

表1 数据情况列表

正射校正采用有理函数模型+高精度GCP+高精度DEM的技术方法对高分原始数据进行高精度正射校正。正射校正处理软件采用ERDAS的Geometric Calibration模块；影像融合采用ENVI软件的Pansharp融合模块，融合处理前，各波段之间需严格配准，否则融合结果会出现“双眼皮”现象。

处理后的正射产品数据质量较好，光谱信息丰富，相对精度控制在2～3个像素，可以用于后面的遥感地物解译中，结果可信度较高。

2.3 灾害体解译分析

文章遥感解译主要采用目视解译法进行解译，并结合三维景观模拟技术，该技术以其更加贴近真实的表达方式对灾区情况进行了再现，这一优点不但有助于解译人员对地物的识别，还在很大程度上提高了地物边界的可分辨程度，在一定程度上提高了解译成果的精度。

采用此技术方法共解译疑似滑坡点20处，主要根据高程信息、影像纹理信息、地理位置、两期影像差异等信息来圈定滑坡区域，发现圈定滑坡主要沿精河发育，滑坡下游多处由于堆积物造成河道变窄甚至堵塞。具体分布位置见图3。

图3 新疆博尔塔拉州精河县震区滑坡点分布图Fig.3 Landslides distribution map of earthquake zone in Jinghe County of Borta, Xinjiang

将其中两处疑似滑坡点三维显示后进行局部放大，对比震前、震后图像(图4)，可以看出震后影像有明显滑动的痕迹，且露出新鲜的岩层面，颜色比周围明显较浅，并在山脚下形成了扇形堆积物，使河道变窄。

图4 滑坡震前、震后局部影像图Fig.4 Landslide local image before and after the earthquake

从图5研究区地层岩性与疑似滑坡点的分布位置可以看出，滑坡点主要分布在头苏泉组(D2ts)地层中，该地层主要岩性为沉积岩，说明在这个地区沉积岩较容易发生滑坡，形成滑坡的原始坡体坡度一般介于42°～60°，主要为土质滑坡，滑体多由粉砂质黏土及砂砾石、亚砂土组成，在降雨、融雪等作用下，易发生小型土质滑坡。

图5 研究区地层岩性及滑坡分布图Fig.5 Distribution map of stratigraphic lithology and landslide in the study area

3 结语

文章以精河县震害为例，将高分二号、高晶一号等高分辨率卫星影像应用于地质灾害应急调查中，主要采用二、三维一体化技术解译出疑似滑坡点20处，并以GF-2号卫星数据为基础，结合1∶10万地质图勾画了研究区地层岩性分布图。得出滑坡主要沿精河分布，坡体坡度一般介于42°～60°，并大多分布在头苏泉组(D2ts)地层中的规律，为今后地质灾害的应急调查提供参考、示范。文章不足之处在于缺乏实地验证，无法验证圈定滑坡的正确性。如后续有项目支撑可以加入实地验证环节，用来支撑文章结论。