衛(wèi)星遙感在滑坡識(shí)別中的應(yīng)用

韓健楠 孫增慧

（1陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 陜西西安 710075 2陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司 陜西西安 710075 3國土資源部退化及未利用土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710075 4陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心 陜西西安 710075）

引言

滑坡作為最危險(xiǎn)的自然災(zāi)害之一，一般被定義為巖土體或其他人工材料在重力作用下的失穩(wěn)破壞。全球范圍內(nèi)由于滑坡導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失數(shù)量巨大，我國作為受滑坡災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國家之一，滑坡問題已在學(xué)界被廣泛關(guān)注。對于滑坡這類自然災(zāi)害而言，傳統(tǒng)上，由于其發(fā)生往往具有不可預(yù)見性，加之空間分布較為分散，因此難以系統(tǒng)性地進(jìn)行識(shí)別。近些年遙感技術(shù)高速發(fā)展，各類衛(wèi)星遙感影像變得越來越便于取得，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開始被應(yīng)用于滑坡的識(shí)別中，并取得一些成果。本文對此進(jìn)行綜述，針對應(yīng)用于滑坡識(shí)別的衛(wèi)星遙感技術(shù)及其特點(diǎn)的進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對未來的研究發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 衛(wèi)星遙感

衛(wèi)星遙感作為一門新興的對地觀測手段，始于二十世紀(jì)末，是當(dāng)時(shí)的“對地觀測系統(tǒng)EOS”計(jì)劃的主體[1]。近些年來，遙感技術(shù)迅速進(jìn)步，遙感影像空間分辨率正在逐漸提高。1999年IKONOS衛(wèi)星的發(fā)射，標(biāo)志著遙感影像分辨率首次完成了米級的突破。隨著之后如QuickBird、Pleiades等衛(wèi)星的相繼發(fā)布，衛(wèi)星遙感全面進(jìn)入了一個(gè)高分辨率時(shí)代。這一進(jìn)程加強(qiáng)了衛(wèi)星遙感對地面物體能識(shí)別能力，加速了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用中的普及。

2 滑坡識(shí)別

傳統(tǒng)的滑坡識(shí)別主要依賴于地面的調(diào)查數(shù)據(jù)，往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易造成統(tǒng)計(jì)遺漏。而衛(wèi)星遙感由于其覆蓋面廣，相較傳統(tǒng)的地面調(diào)查法具有低成本、高效率的優(yōu)勢。并且基于衛(wèi)星遙感的識(shí)別能提供地面調(diào)查數(shù)據(jù)無法完全提供的光譜數(shù)據(jù)，有利于對滑坡的進(jìn)一步分析，因此在近些年來被廣泛應(yīng)用[2,3]。

目前對于滑坡的識(shí)別主要有兩方面的數(shù)據(jù)輸入，一是光學(xué)影像（optical image）數(shù)據(jù)、二是合成孔徑雷達(dá)（SAR）數(shù)據(jù)。

2.1 光學(xué)影像

利用光學(xué)影像數(shù)據(jù)對滑坡體識(shí)別按照識(shí)別方式可以分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)識(shí)別是指通過光學(xué)影像，依據(jù)專家評價(jià)法，對影像中的滑坡點(diǎn)進(jìn)行視覺解譯。而自動(dòng)解譯是指利用特定的圖像分類算法對圖像中的地物進(jìn)行自動(dòng)分類，從而識(shí)別滑坡體的位置與展布。傳統(tǒng)的自動(dòng)解譯算法（如支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）一般是基于影像中單個(gè)像元的光譜信息[4]，2000年后基于對象的圖像識(shí)別算法（object-based image analysis,OBIA）出現(xiàn)，并開始逐漸應(yīng)用于滑坡識(shí)別[5]。一些研究表明，相比傳統(tǒng)基于單個(gè)像元的圖像識(shí)別算法，基于對象的識(shí)別算法能有效提高識(shí)別準(zhǔn)確率[6,7]。

2.2 合成孔徑雷達(dá)

衛(wèi)星雷達(dá)是指衛(wèi)星上搭載的一種對地發(fā)射電磁波并接受地面反射的一種主動(dòng)遙感裝置。合成孔徑雷達(dá)發(fā)明于上世紀(jì)50年代，其利用多普勒效應(yīng)對傳統(tǒng)雷達(dá)進(jìn)行了改進(jìn)，從而提升了圖像的分辨率。合成孔徑雷達(dá)具有穿透性強(qiáng)，不受云層覆蓋條件影響的優(yōu)點(diǎn)，但由于電磁波與地面介質(zhì)交互的復(fù)雜性，其解譯結(jié)果并不如傳統(tǒng)的光學(xué)影像直觀。但隨著差分干涉雷達(dá)技術(shù)的普及，大大提高了合成孔徑雷達(dá)在滑坡識(shí)別上的能力，因此近些年是滑坡研究的熱點(diǎn)問題[8]。

結(jié)語

由于衛(wèi)星遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)來源變得越發(fā)的多樣化，其對滑坡進(jìn)行觀測與識(shí)別的手段也在不斷進(jìn)步。一些新技術(shù)的引入如合成孔徑雷達(dá)，使得衛(wèi)星遙感的識(shí)別能力大幅提高。總體而言衛(wèi)星遙感對滑坡識(shí)別能力的進(jìn)步源于兩個(gè)方面：首先是衛(wèi)星及所搭載傳感器本身的創(chuàng)新，諸如亞米級遙感影像的出現(xiàn)，合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用等技術(shù)創(chuàng)新無疑是滑坡識(shí)別領(lǐng)域的首要推動(dòng)力；其次是圖像識(shí)別算法的創(chuàng)新，一些來源于計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)理論的新算法的出現(xiàn)使得圖像識(shí)別由傳統(tǒng)的人為識(shí)別發(fā)展至今天的基于像元與面向?qū)ο蟮淖詣?dòng)或半自動(dòng)識(shí)別，這一轉(zhuǎn)變意味著識(shí)別效率的提升。在未來的研究中，這兩方面仍將作為創(chuàng)新的重點(diǎn)，推動(dòng)衛(wèi)星遙感對滑坡識(shí)別能力的進(jìn)步。