基于遥感技术的香格里拉地质灾害监测

何 锋,马宇宣,刘洪江

(1.云南财经大学 物流与管理工程学院,云南 昆明 650221;2.云南财经大学 财政与公共管理学院,云南 昆明 650221;3.乐山师范学院 旅游与地理科学学院,四川 乐山 614000)

0 引言

地质灾害是人类生命安全与经济生活的重要威胁,地质灾害的预防工作是降低相应损失的重要手段与措施。地质灾害的有效及时的监测是做好地质灾害预防工作的重要前提。传统地质灾害监测主要通过监测员抵达监测地点进行实地监测。因地质灾害地点常具有地点偏僻、危险度高、监测难度大等特点,地质灾害的人工监测常因监测难度大、监测不及时、监测遗漏等不足达不到预防地质灾害并降低灾害损失的目的[1-2]。遥感监测技术基于卫星资料对地质环境进行全方位的实时监测[3-4]。随着卫星资料空间分辨率的不断提高与遥感监测技术的不断发展,遥感技术已成为地质灾害监测预防的重要手段[5- 6]。在滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害的监测中,遥感技术可通过灾害识别、微地貌结构调查、与发育环境监测等手段进行灾害的位置、边界、范围、与灾害产生条件等监测分析[7-9]。无人机遥感技术的运用,不仅可以打破以往的空间和地理限制,而且有助于保证最终结果的准确性,从而提高地质灾害监测的效果和水平[10]。

香格里拉市位于地质活跃的横断山脉,独特的地理自然环境使香格里拉市易发多类地质灾害,其主要地质灾害类型分别为滑坡、泥石流、与崩塌,且市域内滑坡与泥石流危害的最大[11-14]。其中迪庆经济开发区与虎跳峡镇由于其独特的地理位置和地质结构,频繁遭受地质灾害如滑坡、泥石流和崩塌的影响。迪庆经济开发区作为经济活动集中的区域,其地质灾害直接影响到当地的经济发展和居民生活安全。虎跳峡镇则因其著名的旅游景点——虎跳峡,具有较高的环境脆弱性,加之游客频繁,使得灾害发生时潜在的风险更大。此外,这两个区域的地质灾害特征及其对经济和环境的影响具有代表性,是研究香格里拉市地质灾害防治措施的理想选择。因此,加大对香格里拉市滑坡、崩塌、与泥石流的监测有利于保障人民群众的安全并促进地区经济发展。本文采用遥感监测技术对香格里拉市地质灾害进行监测评估,以实现对地质灾害的有效预防。

1 研究方法

1.1 数据来源与选择

本研究主要采用了Pléiades卫星和资源三号卫星的数据进行香格里拉地区地质灾害的遥感监测。Pléiades卫星系统由两颗卫星组成,能提供高达0.5 m的全色波段空间分辨率[15-16],极大地增强了地表特征的识别能力,特别适用于灾害发生点的精确定位和小范围灾害的识别。研究中使用Pléiades卫星2014年获取的全色波段影像,针对迪庆经济开发区和虎跳峡镇两个重点区域,开展1∶1万比例尺的地质灾害详细解译。此外,资源三号卫星作为中国首颗民用高分辨率立体测绘卫星,其数据主要用于更广泛区域的灾害监测和评估,其全色波段数据可以支持1∶5万的地图制作,适合进行大范围的地表形态分析和灾害影响评估[17],本研究利用资源三号2014年获取的全色波段立体像对数据,在更大范围内开展1∶5万比例尺地质灾害普查。

两种卫星数据的选择和使用各有侧重,形成了高分辨率详查与大范围普查相结合的方法。Pléiades卫星分辨率更高,成像质量更好,适合开展重点区域的精细解译;资源三号卫星覆盖范围更广,一景影像可达50 km×50 km,有利于全市尺度的地质灾害调查。两种数据选择的时相一致,均为2014年,这一方面是由于研究区域地质灾害活动频繁,需要及时获取影像资料以掌握最新的灾害动态;另一方面,2014年也是卫星数据的丰富期,两种卫星的高分辨率数据都已经积累了一定的存档,便于获取应用。尽管所使用的遥感数据来自于2014年,但考虑到地质灾害的监测对时效性的要求并非实时性,该时段的数据能够有效地反映出研究区域内长期地质变化的累积效应,从而为灾害预警和防范提供科学依据。此外,历史数据的使用也有助于分析地质灾害的时间发展趋势和周期性变化,为长期地质安全管理提供参考。

1.2 地理信息系统技术应用

利用地理信息系统(GIS)技术整合和可视化遥感数据、地面调查数据以及历史灾害记录,确保了遥感数据解译的准确性和实用性。这一过程包括地形、植被覆盖和坡度信息的分析,进一步增强研究结果的科学性和实际应用价值。

1.3 监测区域的选择

本研究在对香格里拉市进行总体地质灾害风险评估的基础上,特别聚焦于迪庆经济开发区与虎跳峡镇的详细案例研究。这两个区域由于其地质灾害频发性及对社经发展的显著影响被选中,其中迪庆因经济活动密集,频繁发生的滑坡和泥石流严重威胁人身安全并导致经济损失,而虎跳峡镇作为旅游热点,其自然景观受到地质灾害如崩塌和泥石流的严重破坏,进而影响旅游收入和当地居民生计。针对这些问题,研究的深入分析有助于制定针对性的灾害防治措施,从而提高整个香格里拉市地质灾害管理的实证基础,确保策略的有效实施以保护人民生活和生态环境安全。

1.4 坡度与植被覆盖分析

为进一步提高遥感解译的可靠性,本研究还辅助使用了坡度和植被覆盖数据。使用资源三号卫星的DEM产品,提取研究区的坡度信息,根据坡度值将坡度划分为7个等级;利用归一化植被指数NDVI,将植被覆盖度划分为5个等级。崩塌、滑坡、泥石流等灾害的发育与地形坡度和植被覆盖密切相关[18],将坡度和植被覆盖图与遥感影像配合使用,可以更准确判读地质灾害体的类型和边界。

(1)坡度分析

本研究采用ArcGIS 10进行坡度信息的提取解译与坡度图绘制。依据坡度大小将坡度以此划分为坡度1～7级,相应坡度分级依次为[0°,5°)、[5°,8°)、[8°,15°)、[15°,25°)、[25°,35°)、[35°,45°)、[45°,90°)(图1),这些信息对于理解泥石流等地质灾害的潜在触发条件至关重要。

图1 香格里拉市坡度分级图

(2)植被覆盖分析

植被的破坏是泥石流灾害发生的重要原因同时也是泥石流灾害破坏程度的重要特征。本研究基于ArcGIS 10软件,采用归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NVDI)进行植被信息的提取,并采用等密度模型进行植被覆盖度的计算。根据植被覆盖率,植被覆盖度分为1～5级,且相应植被覆盖率分别为[0%,10%)、[10%,30%)、[30%,50%)、[50%,70%)、[70%,100%)(图2)。

图2 香格里拉市植被覆盖分级图

1.5 数据融合与综合评估

将两种卫星数据进行融合,利用Pléiades卫星的高分辨率优势和资源三号的广覆盖优势,进行综合分析。通过GIS技术整合和可视化影像、坡度、植被覆盖等各类数据,形成全面的地质灾害风险评估图。此外,还将结合地面调查数据和历史灾害记录,验证遥感数据解译的准确性和实用性,确保研究结果的科学性和实际应用价值。各遥感解译图的投影参数如表1所示,坡度分级图与植被覆盖度分级图比例尺均为1∶10万,且各遥感解译图其他投影参数均采用高斯—克吕格投影、西安80坐标系与6度带18带。

表1 遥感图像投影参数

2 研究结果

香格里拉市坡度分级情况如图1所示,香格里拉地区坡度主要为4级与5级,且该市周边地区坡度高于该市中心地区。香格里拉地区植被覆盖情况总体高于植被覆盖率3级别,且该市植被覆盖率分级主要为3级与4级。在地质灾害的遥感影像解译中,滑坡的遥感影像特征主要不稳定斜坡影像特征(图3A),潜在滑坡的遥感影像特征主要为不规则不稳定斜坡影像特征或椭圆形滑坡影像特征(图3B),泥石流的遥感影像特征为扇形泥石流影像特征(图3C),潜在泥石流的遥感影像主要特征为扇形泥石流特征或无冲积扇(图3D),而崩塌的遥感影像特征为不规则不稳定斜坡影像特征(图3E)。

图3 地质灾害遥感解译特征(A:滑坡;B:潜在滑坡;C:泥石流;D:潜在泥石流;E:崩塌)

迪庆经济开发区与虎跳峡镇重点地区地质灾害遥感监测结果如图4、5与表2所示。迪庆经济开发区发现共计9个灾害店,其中1个崩塌灾害点、9个滑坡灾害点、8个泥石流灾害点、1个潜在滑坡灾害点、与4个潜在泥石流灾害点。在虎跳峡镇重点地区共发现37个地质灾害点,其中4个崩塌灾害点、2个滑坡灾害点、5个泥石流灾害点、24个潜在滑坡灾害点、2个潜在泥石流灾害点。9个迪庆经济开发区野外验证地点与19个虎跳峡镇野外验证点勘测结果表明遥1∶1万比例遥感监测的各类地质灾害监测准确率均达到100%。

表2 迪庆经济开发区与虎跳峡镇重点地区地质灾害1∶1万遥感监测结果

图4 虎跳峡镇重点工作区地质灾害遥感解译图

图5 迪庆经济开发区重点工作区地质灾害遥感解译图

香格里拉市的地质灾害遥感监测结果汇总如表3所示。在该市区域内,共识别出558个地质灾害点。具体来看,崩塌灾害点共有99个,其中小型崩塌43个,中型崩塌42个,大型崩塌14个。滑坡灾害点总计为284个,细分为小型滑坡127个,中型滑坡128个,大型滑坡25个,以及巨型滑坡4个。此外,泥石流灾害点共有161个,包括小型泥石流132个,中型泥石流24个,以及大型泥石流4个。遥感监测还发现潜在滑坡5个和潜在泥石流9个。通过215个野外验证点的数据——包括24个崩塌点、62个滑坡点、118个泥石流点、2个潜在滑坡点和9个潜在泥石流点——确认了遥感监测结果的准确性和可靠性。这些验证点的综合分析不仅证实了遥感监测的有效性,也为地质灾害的进一步研究提供了实证基础。

表3 香格里拉市地质灾害1∶5万遥感监测结果

3 结论与讨论

遥感监测方法通过展现野外环境景观图像并利用地学原理进行识别及定性、时空分析等,进而及时获取相关的地质灾害信息并进行相应的监测[19-21]。本研究利用遥感技术对香格里拉市,尤其是迪庆经济开发区和虎跳峡镇的地质灾害进行了深入监测与分析。通过高分辨率卫星数据,有效识别了地质灾害点的分布、类型和规模,共识别地质灾害点558处,其中滑坡灾害最为常见,其次是泥石流和崩塌。研究中,迪庆经济开发区与虎跳峡镇共发现85个地质灾害点,这些数据对于指导整个市的灾害管理策略具有重要意义。

在迪庆经济开发区,地质灾害主要集中在坡度超过25°的陡峭斜坡上,植被覆盖率普遍低于30%,这种环境配置显著增加了滑坡和泥石流的发生风险。相比之下,虎跳峡镇作为旅游重点区域,其地质灾害主要表现为崩塌和泥石流,且灾害点多分布在坡度为15°至35°的区域,植被破坏严重,覆盖度通常低于50%,直接威胁到游客的安全。遥感监测的结果通过野外验证得到了确认,展现了遥感技术在地质灾害监测领域的高准确性和实用性。尽管遥感监测存在一定的限制,如高成本和对专业技术人员的依赖,它在地质灾害预防和减灾中的应用价值仍然显著。未来,随着遥感技术和数据处理工具的进一步发展,预期其数据获取频率将增高,成本将降低,灾害识别能力将更加精准。总体而言,这项研究不仅强调了遥感技术在地质灾害监测中的理论和实践重要性,还为香格里拉市乃至其他类似地区的地质灾害管理提供了宝贵的经验和技术支持。建议香格里拉市在高风险区域优先部署资源,采取综合措施如植被恢复、排水系统改善及防护工程建设,并特别在旅游区加强安全教育和灾害警示,以确保旅游安全,减少经济损失,并保护公众生命安全。这些策略将为地区的持续安全与可持续发展提供坚实的科学基础。