遥感解译在地质灾害调查中的应用——以常德市地质灾害调查为例

刘锋

湖南省地质调查所，湖南长沙，410000

0 引言

常德市位于洞庭湖平原西部，地形以南北高、中间低为主要特征，地貌类型以平原为主，丘、岗、湖兼有。研究区以城市规划区范围为主，其中包括武陵区、灌溪镇、石门桥镇、斗姆湖镇以及鼎城区武陵镇和白鹤山乡；除此之外有德山科技经济技术开发区、柳叶湖旅游度假区以及太阳山林场，总面积约622.8km2（见图1）。

图1 常德市交通位置示意图

1 自然地理特征

1.1 气象与水文特征

此次研究区域属亚热带湿润气候，特点为夏热冬寒，四季交替鲜明。本区域主要自然灾害为旱灾以及洪涝灾害，地表水丰富，且水质较好，可作为生活饮用水，并可将其用于工农业灌溉用水。本工作区主要流经河流为沅江，其自中部向东蜿蜒，贯穿河谷平原区，沅江支流枉水、渐水、马家吉河及溪港，由南、北两面汇入交织如水网[1]。

1.2 生态环境特征

土地在丘港区主要用于人工经济林，从整体来看，森林植被覆盖率不高，从而导致区域水土流失情况较为严重。水土流失主要受植被、降水、地形地貌以及地表岩土性质影响。在城市区域土壤植被主要为残坡积土壤、松散河流冲积土及水稻土，主要分布在沅水两岸。

2 技术路线

2.1 矢量数据与栅格数据结合

从整体来看，栅格数据主体为中高等分辨率遥感影像；矢量数据主要包括区域地质调查数据库、地形坡度数据库、县市地质灾害区划数据库。基于以上数据开展地质灾害遥感解译。

2.2 多源、多时相遥感数据相结合

主要使用美国TM（ETM+）卫星数据、2016年的高分二号卫星数据、Google Earth及天地图·湖南的高分辨率影像，利用多源、多时相遥感数据，将多光谱数据和全色二者相融合，生成具有高分辨率以及多光谱信息的遥感影像，从而提高地质灾害的可解译程度[2]。

2.3 多种信息提取方法相结合

应用目视解译与人机交互解译两种方法提取地质灾害及地质环境条件信息。

3 基础数据准备

3.1 资料收集

在开展地质灾害遥感解译时，需收集地质图、坡度图、地形图、雨量图以及灾害调研数据等资料，并将其与遥感图像进行整合运用，随后进行解译工作。套合已有历史资料，对已知灾点的分布地层、构造区段、地形及坡度以及降水特点进行分析总结，以此类推，解译相同地质环境条件下的地质灾害危险区段。

3.2 卫星数据的选择

3.2.1 遥感信息源选择原则

遥感数据的选择不仅要考虑满足规范要求，同时需要考虑经费、精度以及卫星数据的覆盖能力、覆盖程度等多方面因素，因此，1∶25000地质灾害勘查遥感数据选择需遵循以下原则：

（1）1∶25000地质灾害勘查遥感数据以收集为主；

（2）遥感数据不可覆盖重要地带，且云层覆盖率应当小于5%，并需注意图像的条带以及噪声影响；

（3）遥感数据源应具有较强的现实性，能基本反映工作区的现状，一般情况下，遥感数据的采集时间与工作时间相隔不可超过2年；

（4）分辨率需满足工作区1∶25000地质灾害勘查解译需要。

3.2.2 卫星数据的选择

Landsat系列卫星数据对地质构造、区域地层岩性有较好的判别区分能力，GF-2卫星PMS 1米级的卫星数据对植被、地形地貌、人类工程活动等地质环境因子有较好的识别，同时可以直接解译滑坡等地质灾害，能够满足1∶25000地质灾害勘查遥感解译的精度要求（见表1）。

表1 遥感数据选择表

综合上述理由，我们选择时相较新的GF-2卫星PMS数据和Landsat8影像进行遥感数据处理，制作遥感影像图。

3.3 DOM制作

本研究采用卫摄影像制作DOM，影像制作涉及的遥感专业软件有ARCGIS匀光、CASSHDS2003、ENVI5.3和MapGIS以及专门的图像处理软件PhotoShop。DOM影像需纹理明显、反差适中及色调均匀。彩色影像要求光谱信息丰富饱满且贴合自然真彩色。

DOM制作主要包括纠正、配准与融合等环节。主要采用全色与多光谱分别纠正—融合法，具体是以1∶10000 DRG为平面控制，以1∶50000 DEM为高程控制，利用卫星的星历参数，进行全色影像与多光谱影像的修改订正，并以此为依托，融合全色影像和多光谱影像，生成原始空间分辨率模拟自然真彩色的数字正射影像，紧接着进行正射影像的镶嵌工作和色彩匹配，生成DOM，技术流程见图2所示。

图2 数字正射影像制作流程图

4 遥感解译

根据制作好的遥感影像图，参照技术规范和流程，开展区域地质灾害的解译工作，并设立解译标志。受遥感数据地面分辨率、数据时相以及植被覆盖率等客观因素影响，以现有遥感技术来看，仅仅能解释部分大面积地质灾害，仍存在部分地质灾害点无法利用遥感技术进行判断识别的情况，为改善这一情况，参考了以前收集的历史资料和数据[3]。

4.1 解译标志

按照专业知识和对遥感图像的反复对比，并结合地质灾害历史数据资料，初步建立了本区域地质灾害的解译标志。结合野外实地调查结果，对已初步建立的解译标志进行修正和补充，逐步完善，如表2所示。

表2 地质灾害影像单元解译标志特征

4.1.1 滑坡解译标志

遥感影像判断山体滑坡包括色调、阴影、平面形态以及纹理等方面，通常情况下，山体滑坡呈现为半圆形或不规则形态，其色调相较其他部位更深，滑坡壁、滑坡周长以及其他滑坡要素在高分辨率影像中较为明显。除此之外，滑坡地表的泉水、湿地以及醉林或马刀树等都是判断滑坡灾害的重要标志。

常德市的滑坡多呈半圆形，色调较深，多为土黄色。植被不发育，覆盖度较低，根据其色调差异可以确定其边界。规模多为中小型，主要分布于屋后。如图3所示。

图3 滑坡解译标志及实地查证照片

4.1.2 不稳定斜坡解译标志

除上述外，不稳定斜坡是潜在地质灾害的严重隐患点，地质灾害的发生主要集中于松散斜坡、基岩顺向坡等分布区，一般来看并无明显滑动迹象，甚至无明显变形。

判断是否为潜在不稳定斜坡，首先要了解该处是基岩斜坡还是松散斜坡，基岩斜坡是顺向坡还是逆向坡；其次分析松散斜坡的坡度、基岩顺向坡岩层产状与坡度的关系以及基岩岩性组合特征等。不稳定斜坡在遥感影像上影纹粗糙，色调杂乱，从整体观察，植被不发育，新鲜基岩裸露，可见明显变形迹象。此外，不稳定斜坡形成大多与人类工程活动有一定关系，主要表现为修建公路时的开挖切坡活动。

常德市内不稳定斜坡色调较亮，多为人工开挖边坡引起，主要分布于房屋屋后附近，规模较小。如图4所示。

图4 不稳定斜坡解译标志及野外查证对照图

4.2 解译步骤

根据从已知到未知、先易后难、先山区后平原、先整体后局部、先宏观后微观的解译原则，解译工作可分为初步解译、详细解译、野外验证和综合解译四个阶段：

（1）初步解译阶段：熟悉收集到的基础地质和水文地质资料中关于第四纪地层、地层岩性等方面信息，着重分析已知地质灾害点的影像特征，建立主要地质灾害点的初步解译标志，形成初步解译草图。

（2）详细解译阶段：在前期野外踏勘资料和初步解译的基础上，建立和完善详细解译标志并解译滑坡、不稳定斜坡等灾害体，形成阶段性的成果图件，初步填写地质灾害遥感解译卡片，为下一步野外验证工作做好充分准备。

（3）野外验证阶段：对前期室内解译结果及所有的疑问点进行野外实地验证，并进行地质灾害解译标志修正，完善地质灾害遥感解译卡片内容。

（4）综合解译阶段：在完成野外验证工作后，结合野外调查资料、图像处理成果和区域地质成果资料对遥感图像进行综合解译分析，全面修正解译标志，完善解译内容，再次修编解译成果，详细填写地质灾害遥感解译卡片，编制完成地质灾害调查遥感解译点点位分布图。如图5所示。

图5 地质灾害调查遥感解译点点位分布图

4.3 解译方法

根据以往经验，地质灾害遥感解译的具体解译主要是采用人机交互式解译为主，目视解译为辅，分为直接判断、对比法和逻辑推理三种方法。

（1）直接解译法：主要是利用“颜色、影纹和形状”作为主要解译依据。根据地物光谱特征与图像色彩的对应关系建立起各自的直接解译标志。例如，与崩滑有关的岩石或地表松散物大多较为破碎，含水成分相对较高，在影像上多呈斑杂状的浅灰色或浅蓝灰色色调；刚发生的崩塌，图像上有亮白色的条带、斑块等。

（2）对比法：对解译较困难的地物和各种常规资料较少的地区，则采取扩大视野，设法将已知地区的影像与将要解译的未知区影像进行对比解译，从已知到未知，从一般到特殊。

（3）逻辑推理法：对解译难度较大的崩、滑、流等地质灾害点，根据其所处的环境、位置等因素汇总起来，对它们的内在联系进行综合分析，逻辑推理，再确定其类型和分布规律。崩滑流多分布于高山峡谷地区，水系发育是其主要特征，在水系长而直、冲沟发育，尤其是水系的末梢密度较高区，在ETM图像上常表现为大片阴影区；崩滑流多与大型活动构造或新构造有关，在形态上多呈线状影像特征[4]。

4.4 解译结果及分析

利用GF-2号卫星影像工作底图，采用先易后难、目视解译的方法完成了工作区地质灾害点的遥感解译，填写相应的信息表。共解译出如下22个地质灾害点。如下表3所示。

表3 常德市地质灾害调查遥感解译类型及 查证情况统计表

地质灾害解译点分布于第四系多层结构土中。在遥感影像图中，滑坡的解译标志不明显，全部参考已有滑坡灾害点地质资料，野外验证后，建立解译标志。不稳定斜坡在遥感影像图上特征较为明显，故解译正确率较高。

5 结论及展望

5.1 结论

（1）采用2016年的卫星影像数据进行常德市灾害点和人类工程活动点的解译。根据初步解译—详细解译—野外验证—综合解译的步骤，采用人机交互式解译为主、目视解译为辅的解译方法，完成了常德市地质灾害点和人类工程活动点的遥感解译。常德市地灾主要有滑坡、不稳定斜坡等类型，其中以不稳定斜坡为主。遥感解译灾害点共22处，其中不稳定斜坡18处，查证率为94.4% ，正确率为83.3%；滑坡4处，查证率为100%，正确率为50%。

（2）利用多源遥感数据可以快速全面地分析大区域大型的地质灾害，准确获得地质灾害的类型、位置、形态等基本特征。因遥感数据源的空间分辨率的差异，不同数据源解译灾害结果的最小尺度标准也存在一定的差异。

（3）遥感影像可以真实、直观地提供调查区的宏观景象，1∶10000比例尺的影像图上可以识别人类工程活动，如土地开挖、房屋地基的建设等，便于野外实地调查工作中对路线的部署。

（4）由于所使用遥感数据为卫星数据，分辨率为1m，清晰度一般，所以，地质灾害点的解译正确率较低。在开展野外调查过程中，遥感解译给我们的调查路线的制定、调查重点的选择提供了方向性指导和依据，或者直接指引我们发现了当地居民都未知的不稳定斜坡和潜在的滑坡地质灾害点。

5.2 展望

（1）加大资料收集力度。收集多元、多时相遥感数据，尽可能选择分辨率高、时相新的卫星数据进行遥感解译，增强地质灾害的可解译性；收集多尺度地质、环境背景以及交通、土地等资料，丰富参考资料内容，参与解译分析。

（2）加强基于遥感的地质灾害调查方法研究。主要研究地质环境背景遥感解译和地质灾害遥感解译两个方面。

（3）加强地质环境解译，如：人类工程活动、采矿活动等破坏地质环境条件的人类活动。

（4）加强地质灾害遥感监测研究。引入INSAR技术对区域性地表形变进行监测，结合专业仪器对典型地质灾害点进行地质灾害发育过程监测，分析地区性发灾预测和灾害点发灾预报，从而服务于地质灾害预警和指导野外调查；利用INSAR技术及其他专业监测技术手段开展地质灾害监测、预警以及调查地质灾害的发展趋势。