基于RS和GIS的彭州市震毀土地信息提取及分析

蔡柯柯，何政偉，3，倪忠云，高 慧，王 樂

（1.地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都610059；2.成都理工大學 地球科學學院，成都610059；3.首都師范大學 資源環境與地理信息系統北京市重點實驗室，北京100037）

“5·12”汶川大地震是建國以來我國發生的破壞性最強、波及范圍最廣的地震，造成了慘重的人員傷亡和巨大的經濟損失，舉世矚目。許多基于現場勘測或航空航天遙感數據的災毀評估工作也相應展開。而這種評估主要分為兩種，一種是針對大區域，有特定目標的災毀評估，陳世榮利用高分辨率的EROSB、QuickBird、SPOT－5、ALOS、福衛2號等數據對包括汶川在內的20個縣（市、區）國／省道基礎設施損毀情況評估［1］；另一種是對以汶川為中心的小區域或小流域的災毀評估，王治華利用“塞斯納”高空遙感飛機拍攝的數據對映秀鎮快速進行震后災毀及次生地質災害進行調查［2］。然而介于這兩者之間，以行政市（縣）為對象，研究其范圍內震毀土地面積及空間分布規律的較少。

以彭州市為研究對象，結合高程數據對其進行災毀分析，調查和分析地震災害的空間分布范圍及分布規律，估算受損土地面積，分析受損土地與坡度及高程的關系，為彭州市震后土地規劃整理、重建和生態恢復等工作提供服務。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

彭州市位于103°40′—104°10′E，30°54′—31°26′N，四川盆地西北部，為四川盆地西北緣與青藏高原的過渡地帶。市境北接茂縣、汶川，東鄰什邡、廣漢，南與郫縣、新都相望，西連都江堰市。彭州市擁有眾多的風景名勝古跡，旅游資源十分豐富，有著名的銀廠溝、回龍溝、九峰山、天臺山、丹景山等省級風景名勝區及國家級地質公園等。在“5·12”地震中，彭州市災毀嚴重，尤其在中北部山區，地震誘發大量的崩塌、滑坡、塌陷和泥石流等地質災害，直接導致了大面積的土地損毀。

1.2 數據來源

本文所用的數據為TM數據，分為震前、震后兩個時期，基礎地理數據為彭州市1∶25萬地形圖。彭州市全境共涉及三景遙感影像，其軌道號分別為129／038、130／038和130／039。表1為源數據簡介。

表1 遙感數據簡介

從數據分析可知，能形成災前和災后對比的影像有129／039、130／038、130／039共3景。其中，災前數據主要集中在2007年5月和9月，災后為2008年7月數據，數據時相相差1a，成像時間相近，對地震造成的災毀的影響范圍和程度具有可比性。

2 彭州市災毀提取及分析

2.1 地震前后土地利用信息提取

為了便于準確高效的解譯圖像，提取有用信息，本文分別對震前、震后的遙感影像進行了幾何校正、剪裁、拼接和增強等處理。

2.1.1 地震前土地利用信息的提取 彭州市總體地勢北高南低，北面屬龍門山構造帶中段，山巒起伏，植被覆蓋度非常高，土地利用類型較為單一；南面屬成都平原，土地利用類型主要有平原水田、平原旱地、河流、坑塘、灘涂、居民地等。針對這種特殊的地形地貌特點，文章采用分區處理的方法。對于北部山區，用R（4）G （3）B（2）組合直接進行監督分類，分類效果較好，用位置精度評價法進行評價，分類精度達到90%以上；對于南部平原，因其土地利用類型較為復雜、斑塊破碎，加之一些地類色調較為接近，為了達到分類精度要求，對監督分類的結果進行了人工修正。

2.1.2 地震后土地利用信息的提取 對于震后的土地利用圖，與震前一樣，采用分區處理的方法提取信息。震前、震后數據在時間上只相差一年，因此只提取了震后的災毀信息，將其疊加在震前土地利用圖上，從而得到震后的土地利用圖。由于研究區的特殊地形，使得在“5·12”地震中，彭州市北部山區災毀嚴重，全市絕大多數災毀均分布于此，該區域土地利用類型較單一，僅采用監督分類的方法即可提取災毀信息。然而在真彩色、標準假彩色等常用的波段組合的影像上，災毀和河流的顏色及色調都非常接近，很難區分。經過對災毀區域、河流區域的波譜特征進行詳細分析及反復實驗，最終選擇用R（4）G（2）B（7）的波段組合方式進行解譯。以該方式組合的影像，災毀呈現為高亮的天藍色，河流則呈現為綠色，從而很容易進行區分（附圖6），且能較好識別災毀掩埋河流的區域，大大提高了分類的準確度和分類速度。平原區災毀分布很少且分布較散，因此直接采用目視解譯的方法提取災毀信息。

圖1 彭州市土地利用遙感解譯流程圖

附圖4－5所示為彭州市震前震后土地利用圖。從附圖5可以看出，在“5·12”地震中，彭州市災毀非常嚴重，據統計，總災毀面積達200.53km2，占彭州市總面積的14%。災毀主要集中在丹景山鎮、新興鎮、通濟鎮、白鹿鎮、小魚洞鎮、磁峰鎮等海拔相對較高的區域。從土地利用類型上看，“5·12”地震共造成彭州市100.51km2的林地、74.13km2的草地、3.48km2的耕地被毀，1.47km2的河流被掩埋。

2.2 災毀分析

將已有的1∶25萬彭州市等高線數據分別生成高程數據、坡度數據和坡向數據。運用GIS的疊加分析功能，將災毀區域分別與高程數據、坡度數據和坡向數據進行疊加處理。可得到彭州市各高程段災毀分布圖、彭州市各坡度段災毀分布圖和彭州市各坡 向災毀分布圖。

圖2 各高程段災毀面積與總面積比

圖3 各坡度段災毀面積與總面積比

2.2.1 災毀與高程的相關性分析 災毀面積與高程成正相關，且隨著高程的增加，增幅增大。其中，高程值大于2 500m的災毀面積占災毀總面積的63.11%，而1 000m以下的災毀面積僅占總災毀面積的0.74%。圖2為各高程段災毀面積占該高程段土地總面積的比例，從圖中可看出，高程越高，災毀所占的比例越大。以1 500m為轉折點，高程低于1 500m的區域災毀面積占總面積的比例很小，而1 500m以上，災毀面積所占比例陡然增高，特別是在高程高于2 500m的區域，災毀面積占該高程段總面積的79.05%。因此，彭州市在災后重建時，應盡量選擇在海拔低于1 500m的地方選址重建，以減小在大災中受災的風險。

2.2.2 災毀與坡度的相關性分析 災毀主要集中在25°～35°、35°～55°段。0°～2°段為平地，鮮有水土流失現象，可以自流灌溉，因為研究區該坡度段土地面積基數大，所以該坡度段災毀面積較大，主要表現為沿河流兩岸分布的大量崩塌或滑坡物堆積在河流兩岸，不僅使大量的房屋及農田被埋，而且堆積物填滿河道，阻斷河流。25°～35°段水土流失嚴重，該坡度段災毀面積占總災毀面積的25.7%。35°～55°段災毀面積最大。震前，該坡度段的土地利用類型主要為林地、草地和裸巖，震后則主要為裸巖，生態環境遭到了較大的破壞，生態穩定性降低。圖3為各坡度段災毀面積與總面積比較圖，很直觀的反映了各坡度段災毀發生的比例。從圖中可以看出，以25°為分界線，坡度小于25°時，災毀比例很小，坡度大于25°時，隨著坡度的增加，災毀占該坡度段總面積的比例急劇增加。但最大值不在55°～90°段，而是分布在35°～55°段。從這些數據可以看出，坡度大于25°是災害發生的高危地段，在這些區域重建或從事生產活動時要充分考慮環境的穩定性及抗干擾能力。

2.2.3 災毀與坡向的相關性分析 災毀面積與坡向不具相關性，災毀面積在各個坡向基本呈均勻分布，在北西向相對較少，僅占總災毀面積的4.4%，東、南東向略多。圖4為各坡向災毀面積與該坡向總面積比較圖，如圖所示，東向災毀占該坡向總面積的比例最小，為9.54%。西南向災毀所占比例最大，災毀面積占西南向總面積的49.17%，其次為南向。由上述分析可得，在彭州市山區進行規劃重建時，應多在東向、南東向選址，盡可能少在西南向、南向選址；在治理過程中應加強西南坡向的治理力度。

圖4 各坡向災毀面積與總面積比

3 結論

諸如地震這樣的大型自然災害是人們難以預計和控制的，但是人們可以認識并總結地震的發生對哪些區域造成的破壞最大，從而合理的規劃人類的居住及活動范圍，以減少災害發生時的受災機率。通過對彭州市震后災毀區域進行分析后發現：①海拔高度與災毀呈正相關，以1 500m為轉折點，高程值小于1 500m的區域，災毀發生的可能性小；高程大于1 500m的區域，隨著高程的增加，災毀發生的可能性急劇增加。②災毀與坡度的關系呈S型，以25°為轉折點，坡度小于25°的區域，災毀發生的可能性小，而坡度大于25°時，災毀發生幾率陡然增高，且35°～55°段為災毀最嚴重的區域。③從災毀面積上看，災毀與坡向幾乎不相關；但從各方向災害面積所占該方向總面積的比例上看，西、西南向災毀占該方向總面積比例較大，東、東南向所占比例最小。由此，在彭州市震后選址重建時，應盡量選擇在海拔小于1 500m，坡度小于25°的區域進行重建，坡向最好為東或東南向。

［1］ 魏成階，劉亞嵐，王世新，等.四川汶川大地震震害遙感調查與評估［J］.遙感學報，2008，12（5）：673－682.

［2］ 王治華，周英杰，徐斌，等.“5·12”汶川大地震震中區映秀鎮地震災情及次生地質災害遙感初步調查［J］.國土資源遙感，2008，2（76）：1－4.

［3］ 陳世榮，馬海建，范一大，等.基于高分辨率遙感影像的汶川地震道路損毀評估［J］.遙感學報，2008，12（6）：949－954.

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