遥感技术在地质灾害防治方面的应用探讨

沈建营

（诏安县自然资源局测绘中心，福建 漳州 363500）

遥感（Remote Sensing）意即“遥远的感知”，是在航空摄影技术基础之上发展起来的一门新兴技术。他是利用各种航空航天平台（如人造卫星、航空飞机、小型无人机等）上装载的各种远距离探测仪器，对地面目标进行无接触探测，并通过信息传输、图像处理、修正、解译等一系列复杂技术流程实现对目标物体的识别。该技术具有广域范围内对目标物体同步观测、信息获取速度快、动态信息量丰富等一系列优点。进入新世纪以来，随着航天、航空技术的不断进步和遥感技术的不断发展，遥感技术逐渐在国民经济的各行各样展现出巨大的适用性和价值性，例如在农作物病虫害监测、水土保持、自然资源督察、海洋环境（大气环境）监测、地质灾害调查、矿山地质环境综合治理等多方面的工作中均展现出了巨大的优势。另一方面，我国国土面积辽阔、地质构造特征复杂导致地质灾害频发。近年来人类活动对大自然的改造越发强烈，进一步加剧了地质灾害发生的频率。例如大到8.0级的四川汶川地震、7.1级的青海玉树地震，小到各种泥石流、山体滑坡、矿区地面沉降、土地冻融、沙漠化及荒漠化等。此类地质灾害无不对社会财产以及人身安全带来了极大的危害，如何利用各种手段对地质灾害的调查、监测以及预防成为一项具有现实意义的工作。

近年来，随着遥感平台、遥感传感器等相关设备产品的日益丰富，所获取的遥感数据在质量方面也出现了较大的提升。尤其是传感器分辨率的提升，导致遥感观测所得数据的分辨率、精细程度以及观测尺度都有了质的飞跃，数据类型极大丰富、图像质量明显提升、重复观测周期也越来越短。技术的提升使得遥感在地质灾害调查、监测以及后期的治理方面都发挥了巨大的作用。遥感技术已经成为地质灾害发生过程中以及后期区域环境治理不可或缺的技术支持手段之一。

1 地质灾害的分类和属性

所谓的地质灾害，是在人类历史进程中由于大自然各种营力以及人类自身的活动所带来的具有破坏性质的地质事件。更多时候，地质灾害的发生与人类和地质环境两方面因素共同作用有关。到目前为止，学术界对于地质灾害的分类并没有统一的划分方案。但总的来看地质作用所导致的灾害性事件都被认定为地质灾害，它包括矿区地面沉降、地面崩塌、泥石流滑塌、采矿导致的地裂缝、水土流失、河流湖泊塌岸等灾害现象。不能看出，大多数的地质灾害背后都隐藏着人类对自然界过渡改造的因素。

不同学术界对于地质灾害的分类并不统一，比如研究大地构造系统的学者将地质灾害划分为内动力地质灾害、外动力地质灾害；而研究地理地貌的学者又主张将地质灾害划分为山地地质灾害、平原地质灾害、海岸地质灾害、海底地质灾害。由此可见，不同学者因为各自研究出发点不同很难有统一的划分方案。总体来看，在地质灾害的基本属性方面不同学者的认知较为统一：地质灾害既是自然现象又是社会现象、既有自然属性又有经济属性、既不可避免又可控可防；地质灾害的发生时间、地点、规模等既表现出了高度的随机性，又表现出不规则的周期性，因而被认为是一种较为复杂的随机性事件；地质灾害事件发生的时间、地点、规模既具有偶然性，但总体来看一系列的灾害事件相互诱导形成因果，又表现出了群发特征；地质灾害的发生与人类社会生产活动的能力呈现出高度的一致性，即人类对于大自然改造能力越强、地质灾害越频发。

2 遥感技术的应用

2.1 遥感技术在地质灾害调查中的应用

由于矿区多发育特殊的地质、地貌特征，加之人类过渡的开采活动导致矿区是地质灾害频发的地区之一。典型的矿区地质灾害现象包括岩体崩塌、地面塌陷、泥石流滑坡、地裂缝、矿山水土流失、植被破坏、河流湖泊塌岸等多种类型。而根据我国目前现行的地质灾害调查规程要求，对于地质灾害的调查主要以实地测量为主。此类调查方法在平原、丘陵地区具有较好的适用性。而对于山地、高山地等地形复杂、坡降较大的复杂地形矿区，随着调查面积的扩大，调查过程中所产生的高额费用及较低的调查效率无疑带来了巨大的挑战。同时，特殊的地形地貌环境又给从事一线实地调查的调查人员带来了巨大的安全隐患。

无人机遥感技术的出现为野外地质调查工作带来了新的、可靠的技术保障。相对于传统实地调查手段而言，遥感技术具有广域、无接触探查的优势，在极大地提高调查过程的费效比同时，又降低了野外实地踏勘过程中可能带来的人员伤亡风险。同时借助先进的遥感传感器技术、遥感测控技术、自动化通信技术、GPS差分定位技术，可以对调查目的区域迅速获取海量国土资源、自然环境、地质灾害等信息。并且所获取的此类信息具有高分辨率、高精度、实时准确、周期短的特点，所获得的成果具有实时、可视的特点，完全可以满足地质灾害调查的需求，且极大提高了地质灾害调查的效率，已经成为近年来地质调查的热门手段之一。在利用遥感技术对地质灾害调查的过程中，关键要做好以下四个方面的技术控制：一是对目的区域的地形气候等条件进行系统调研，选择合适的天气和时间段进行遥感影像的获取，尽最大可能提高影像的质量精度；二是积极做好像控点的测量。在均匀分布测区的位置合理布设像控点，保证遥感影像中像控点清晰可见（如裸露的基岩、空旷处的明显点状地物点、乡村道路的交叉点等），同时要保证达到足够的重叠率；三是根据技术规范要求明确航线边界的条件。根据无人机遥感相机镜头的技术参数及航行高度确定合理的延展范围；四是严格控制影像的获取质量。根据前期调研结果，参考调查目的区域的地形高差、地貌特征，根据相关技术规范的要求，在保证航线密度的前提下，本着高效提取、影像匹配及提高分辨率的原则来拍摄高精度影像图片。在以上数据获取的基础上，通过网平差、畸变校正、空三加密、坐标系转换、DOM和DSM建模等一系列操作流程，生产调查目的区域的地形图。进一步通过特征信息提取，结合实地探查来对地质灾害情况进行综合解译。

2.2 遥感技术在地质灾害监测中的应用

对已经发生的地质灾害进行有效监测是灾害治理前的必要手段。所谓地质灾害监测，就是对灾害目前状况进行总体分析，掌握灾害规模、灾害现状，预测灾害发展的趋势，为后续地质灾害治理提供行之有效的一手资料。地质灾害所导致的地面塌陷、岩体崩塌、泥石流滑坡等现象在遥感影像中具有典型的信息特征，灾害发生的程度、破坏的规模以及持续的时间等信息都可以通过遥感技术获取。这些海量遥感信息获取后，通过专业的技术分析、影像研判可以有效分析灾害发生区域内相关信息，监测灾害发生的具体位置、规模、分布以分析地质灾后的后续进展。

地质灾害的有效监测是通过对灾害的发生、发展、变化进行持续的观测，寻找其变化规律。而遥感可以通过红外波段、微波波段等技术措施，对灾害发生地区地貌、植被、坡降、降水量以及水平面等因素的变化进行实时监测，对比前后动态变化情况，掌握地质灾情的规模、特征、演变以及后续发展趋势。作为遥感技术深度发展的产物—InSAR技术的产生，为大尺度地表变形监测提供了有利的技术支持。彼时区域性地形图的测绘开始成为一种趋势。得益于InSAR技术定量测量地表变化的技术优势，该技术从理论上可以对地质灾害导致的地形地貌变化进行定量测控，并提供可靠的海量实时变形数据。随后的几十年中，InSAR在泥石流滑坡、地面沉降、岩体崩塌等地质灾害监测领域发挥了越来越大的作用。进入新世纪以来，InSAR遥感技术在时间频率、测绘精度和广域范围内的应用等诸方面取得较大进步。随着卫星系统的逐步完善和数据处理方式的不断优化提升，海量遥感数据对于地质灾害的监测将起到举足轻重的作用。

2.3 遥感技术在地质灾害评估中的应用

地质灾害的发生所导致的危害包括灾区人员的伤亡、矿区地质结构坍塌、环境的破坏等诸多方面。对地质灾害的评估是后续开展救援、恢复工作的关键。虽然遥感技术无法直接对地质灾害区域的复工复产没有直接的作用，但通过遥感大数据的支持可以对灾区的损情况及灾害发生的具体区域进行统计，为后续治理提供技术支持，间接起到辅助作用。以某地区矿山山体滑坡地质灾害的遥感评估项目为例，遥感对地质灾害的评估关键步骤包括以下几方面：第一在前人研究基础之上，通过对收集到的大量灾区高精度遥感影像的判读，对地质灾害的平面展布、内部结构以及灾害类型等熟悉进行解译；第二利用QuickBird影像建立地质灾害体积估算方法，并提取灾害的细节属性特征、建立灾害的定量评价方法。第三步利用高分辨率的SPOT图像结合航片的研判，对地质灾害的现今状况进行提取，利用合理的数学评价模型建立相对可靠的评价指标，对灾害危险性进行定量评价，为后期地质灾害的综合治理提供必要的指标支持。

3 结束语

遥感技术的不断发展为地质灾害的减灾救灾工作带来了极大的便利，究其原因主要是因为遥感技术具有以下先进性：同时探查范围广、探查周期短、速度快、安全零损伤、受地形地貌的局限小、观测数据海量化、观测信息实时化、形象信息形象可视化、信息传输现代化。作为一项高精尖的现代化技术，虽然我国已经取得了较好的应用及发展效果，但由于研究起步较晚，也不得不正视与西方新进国家的差距。从多年的实际工作出发，笔者认为我国遥感技术的应用及后续发展应注重注意以下几个方面。

一是在遥感应用到地质灾害防治的工作中，我们应当具有统一的行业规范。遥感是一门先进的、具有较高行业门槛的技术，作为一门基础应用技术非本专业人员很难对遥感影像所蕴含的各种信息进行专业的判读。而专业遥感从业人员对于地质灾害的认知又很难达到相当的高度。因此遥感专业人士与地质灾害防治专家应当统一制定我国的遥感技术在地质灾害防治方面的行业标准和规范，确保地质灾害信息能够被准确解译。

二是进一步加强遥感数据的获取能力、提高遥感数据的精度。我国遥感技术起步晚、研究深度及精度还有待提高。在防灾救灾方面，我们的实际经验远远达不到欧美及日本等发达国家的水平。正视自己的不足、加强国际间的沟通交流、拓宽我们遥感数据的获取渠道、提升遥感数据的精度将是我们在接下来一段时间内的工作重点，也是我们工作的难点。