遙感技術在1∶5萬環境地質調查中的應用

胡飛躍

摘 要： 遙感技術具有宏觀、快速、準確、動態等特點和優勢，利用遙感技術開展地質環境調查工作，可以快速、準確的得到調查區水文地質、工程地質、環境地質信息，提高研究區環境地質調查工作的預見性，并指導環境地質野外調查工作，為1∶5萬環境地質工作打下良好的基礎。

關鍵詞： 遙感； 水文地質； 工程地質； 環境地質

The UsingofRemoteSensingIn1： 50，000 Environmental Geology Survey

Hu Feiyue

Geological Investigation Institute of Guangdong Province Guangzhou 510080

Abstract： Remote sensing technology has the characteristics and advantages of universality， fast accuracy， dynamically， that we can get the information of hydrogeology， engineering geology， environmental geology in environmental geological survey by using the technology to improve the predictability of environmental geological survey work and guide the environmental geological field work. So the technology of remote sensing is very important to lay a good foundation for 1： 50，000 environmental geology survey.

Key words： Remote sensing， hydrogeology， engineering geology， environmental geology

1∶5萬環境地質調查以工程目標為依據，圍繞重大環境地質問題和需求，目的在于查明圖幅范圍內的地質環境條件和水文、工程和環境地質問題，為地區發展規劃和建設提供資源環境保障和支撐。遙感作為1∶5萬環境地質調查的重要工作手段，重點在于解譯工作區水文地質信息，工程地質信息，環境地質問題的類型、分布范圍及規模，從而指導1∶5萬環境地質調查工作，為地面調查工作提供技術支撐，從而減少地面調查的難度及工作量。

1 遙感數據選擇及預處理

1.1 遙感數據的選擇

遙感數據選擇的須與工作目標任務相結合，不同類別的影像各有優勢。多光譜遙感影像主要用于宏觀目標物的遙感解譯，如地質構造等，如果影像分辨率過高，紋理細節過于豐富，宏觀目標物的信息將會被掩蓋，不利于宏觀目標物信息的提取。另一方面多光譜遙感影像具有波段覆蓋范圍寬的優勢，波段范圍不僅僅包括可見光、近紅外波段，甚至還有中紅外、熱紅外波段：利用綠光、中紅外波段提取水體信息及利用紅外、近紅外波段提取植被覆蓋信息都有其獨特的優勢，熱紅外波段用于提取和驗證地質構造、圈定溫泉溢出帶、熱污染等都有很好的效果。高分影像用于為微目標地物的解譯，一般來說巖溶塌陷坑、崩塌、滑坡、地裂縫等直徑小于10m的地物利用低空間分辨率的遙感影像難以識別，而高分影像在識別微小地物方面效果十分明顯。利用數字高程影像快速、準確地提取工作區地形、地貌特征，并可以轉化成地形坡度圖，為崩塌、滑坡、水土流失等地質災害的易發性分析，提供基礎數據支撐等工作十分重要。因此，在1∶5萬環境地質調查工作中，建議結合高分影像和多光譜影像進行目標信息提取，如選擇高分遙感影像如GF-1、多光譜遙感影像如TM8及DEM數字高程影像，條件許可的情況下可以選擇增加航空影像、高光譜影像等數據作為參考。

影像的成像日期也十分關鍵，為了減少不穩定降雨及植被覆蓋的影響，在選擇影像時，盡量選擇平—枯水期時相的遙感影像。且不同類別的影像之間，盡量保持時相上的相關性，選擇成像時間相近的影像

1.2 預處理

由于太陽光到達地面之前，在大氣作用下會對其產生吸收和散射的作用；同時，地物的輻射經過大氣時，也會被大氣吸收和散射，因此傳感器接收到地物的輻射能實際上經過兩次大氣大散射、吸收，產生了輻射畸變，并且大氣散射的部分能量還會經過傳感器直接疊加在地物的輻射能量中，成為目標地物反射能量的噪聲。為了消除大氣對地物輻射的影響，得到地物的真實的輻射亮度值，提高不同地物之間的反差比，需要對影像進行輻射校正。

傳感器進行地物掃描成像時，友誼傳感器外方位元素變化，傳播介質不均，地球曲率，地形起伏及地球旋轉的影響，影像元點地物的幾何形狀與真實的地物形狀往往會產生一定程度的畸變，幾何校正的目的在于消除這些畸變，產生符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。幾何校正的參考影像的一般選用最新出版的地形圖，選擇同名地物點作為控制點。控制點應為不具有時相性，并且分布在地形坡度較緩的地帶，在影像內均勻分布。在1∶5萬環境地質調查工作中，幾何校正的誤差要求在平原區控制在1個象元內，在山區控制在2個象元內。

2. 遙感專題信息提取

2.1 水文地質信息

水文地質信息包括，基礎水文地質信息，如水文地質單元；地表水信息，包括湖泊、水庫、河流、坑塘等；地下水信息，包括泉、井等。

水文地質單元的圈定是開展1∶5萬環境地質調查工作中水文地質調查工作的基礎，以往采用等高線圈定水文地質單元，不僅費時費力而且受人為的主觀判定影響大。遙感水文地質單元劃分，主要利用DEM數字高程數據模擬水系在地表的運動狀況，建立地面水流模型，從而獲取水文分水嶺，再結合地質構造、巖性信息，劃分水文地質單元。利用遙感技術劃分水文地質單元不僅僅提高了工作效率，而且增加了可靠性。

地表水信息的提取主要利用水體在遙感影像上的反射率特征，基于水體在綠光和近紅外波段的反射率特征，Mcffeeters在1996年提出了歸一化差分水體指數，該指數對水體信息提取具有很好的效果，但是對具有較多建筑物背景的水體，效果較差，在此基礎上，徐涵秋提出了改進的歸一化差異水體指數MNDWI，利用綠光、近紅外、中紅外波段的水體反射率特征提取水體信息，對城鎮地區地表水體的提取具有很好效果，并消除山體和建筑物陰影的影響。

地下水信息的提取需要借助地表景觀及地下水指示物的間接解譯標志[1]。地形地貌上，泉點一般位于山間溝谷、洼地或者多條溝谷的交叉部位，井點位于平原區，井點周圍一般民居密集，利用圖像增強技術，通過區分泉點、井點與周圍其他地物之間的色調差異，可以準確地提取目標地物信息。

2.2 工程地質信息

地質構造控制著工程地質條件和工程地質環境，遙感地質構造信息的提取對了解調查區工程地質問題具有重要的作用。

遙感影像上解譯斷裂構造，主要以斷裂在空間上的展布為依據，結合地學知識和圖像增強技術進行推理和綜合分析。地學知識指與斷裂有關的地質體、地形、地貌特征，根據這些特征可以推斷斷裂構造的存在，如山地、丘陵、平原等大的地貌單元的邊界呈直線或者折現展布；地貌體整體形態的錯位；連續分布三角面；水系格局異常等地質特征。圖像增強技術主要是為了突出影像上色調異常。由于斷裂的性質、活動特征、伸展形態，導致斷裂兩側自然景觀的不同，因此具有不同的吸收、反射、投射能力，在影像上的表現斷裂兩側的自然景觀有著不同的色調和色調反差。圖像增強方法包括彩色合成，如地質信息和地表環境信息豐富的紅外、近紅外、藍光波段組合圖像；主成分變換，如利用主成分分析后的第一、二、三分量進行波段組合圖像，增強影像信息量；比值變換，如將線性特征最為清晰的近紅外波段與紅光波段比值，增強地質構造的線性特征[2]。

2.3 環境地質信息

環境地質信息的提取分為兩個方面，即礦山環境地質問題、環境地質災害信息的提取。

礦山的開發對地質環境的破壞貫穿于礦產資源的采、選、冶全過程[3]。礦山環境地質可以歸納為土地資源的浪費、植被資源的破壞、地質災害的產生三類[4]。利用高分遙感影像采用目視解譯的方法圈定礦山的分布、礦山的面積，根據色調、色彩的差異提取礦坑的開采情況、提礦山周邊土地資源利用情況、地質災害信息；利用植被指數法，圈定礦區周邊植被的生長情況。

環境地質災害信息的解譯主要為突發性的地質災害，如崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷等。崩塌主要發生在坡度較大的基巖區，在遙感影像上崩塌的陡崖色調淺，老的陡崖色調深，在陡崖的一方有淺色調的錐形地形。滑坡在影像上有簸箕形、弧形、舌形和不規則形，在高分影像上清晰可見滑坡壁、滑坡臺階、滑坡舌等特征，并可以（下轉165頁）（上接162頁）圈定滑坡的面積，結合地形信息，估算滑坡的土方量。泥石流在影像上紋理雜亂、色調變化明顯，頂部呈瓢形，由于帶有大量松散固體因此通常泥石流顏色較淺，流動的泥石流呈條帶狀扇形，輪廓不固定，通過遙感影像對周邊地形地貌的表現，預判泥石流的運動方向。巖溶塌陷通常發生在平原區，形狀通常為圓形、橢圓形或不規則蝶形，邊緣光滑。

遙感技術不僅僅可以為已發生的地質災害進行圈定，還可以對地質災害的易發性進行評價。地質災害的發生通常以地形、植被、地質構造、基巖巖性相關。一般來說滑坡、崩塌等地質災害通常發生在地形坡度在30度以上地區，且坡度越陡，發生的概率越大。植被對地質災害的發生也有重要的影響，植被覆蓋度越低，植被越少，表層土壤越松散，巖石越容易被侵蝕風化，易引發地質災害。地質構造和基巖巖性是地質災害的發生的決定性條件，地質構造影響范圍內，巖石軟硬相間、結構破碎；巖層產狀和坡向夾角越小，巖層越容易沿軟弱面滑動，易發生滑坡、崩塌等地質災害。因此選擇地形坡度、植被、地質構造、基巖巖性作為評價指標，對地質災害的易發性進行評價具有很高的可靠性，

3. 結論

結合多源遙感影像數據，挖掘水文地質、工環地質、環境地質信息，并進行地質災害易發性評價，遙感調查可以為1∶5萬環境地質調查工作提供了預見性的指導作用。隨著遙感影像成像質量的提高，信息提取技術的發展，挖掘更多更有效的水文、工程、環境地質信息成為可能，遙感調查勢必為環境地質調查手段中不可或缺的重要組成部分。

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