遙感技術在地質災害防治方面的應用探討

沈建營

（詔安縣自然資源局測繪中心，福建 漳州 363500）

遙感（Remote Sensing）意即“遙遠的感知”，是在航空攝影技術基礎之上發展起來的一門新興技術。他是利用各種航空航天平臺（如人造衛星、航空飛機、小型無人機等）上裝載的各種遠距離探測儀器，對地面目標進行無接觸探測，并通過信息傳輸、圖像處理、修正、解譯等一系列復雜技術流程實現對目標物體的識別。該技術具有廣域范圍內對目標物體同步觀測、信息獲取速度快、動態信息量豐富等一系列優點。進入新世紀以來，隨著航天、航空技術的不斷進步和遙感技術的不斷發展，遙感技術逐漸在國民經濟的各行各樣展現出巨大的適用性和價值性，例如在農作物病蟲害監測、水土保持、自然資源督察、海洋環境（大氣環境）監測、地質災害調查、礦山地質環境綜合治理等多方面的工作中均展現出了巨大的優勢。另一方面，我國國土面積遼闊、地質構造特征復雜導致地質災害頻發。近年來人類活動對大自然的改造越發強烈，進一步加劇了地質災害發生的頻率。例如大到8.0級的四川汶川地震、7.1級的青海玉樹地震，小到各種泥石流、山體滑坡、礦區地面沉降、土地凍融、沙漠化及荒漠化等。此類地質災害無不對社會財產以及人身安全帶來了極大的危害，如何利用各種手段對地質災害的調查、監測以及預防成為一項具有現實意義的工作。

近年來，隨著遙感平臺、遙感傳感器等相關設備產品的日益豐富，所獲取的遙感數據在質量方面也出現了較大的提升。尤其是傳感器分辨率的提升，導致遙感觀測所得數據的分辨率、精細程度以及觀測尺度都有了質的飛躍，數據類型極大豐富、圖像質量明顯提升、重復觀測周期也越來越短。技術的提升使得遙感在地質災害調查、監測以及后期的治理方面都發揮了巨大的作用。遙感技術已經成為地質災害發生過程中以及后期區域環境治理不可或缺的技術支持手段之一。

1 地質災害的分類和屬性

所謂的地質災害，是在人類歷史進程中由于大自然各種營力以及人類自身的活動所帶來的具有破壞性質的地質事件。更多時候，地質災害的發生與人類和地質環境兩方面因素共同作用有關。到目前為止，學術界對于地質災害的分類并沒有統一的劃分方案。但總的來看地質作用所導致的災害性事件都被認定為地質災害，它包括礦區地面沉降、地面崩塌、泥石流滑塌、采礦導致的地裂縫、水土流失、河流湖泊塌岸等災害現象。不能看出，大多數的地質災害背后都隱藏著人類對自然界過渡改造的因素。

不同學術界對于地質災害的分類并不統一，比如研究大地構造系統的學者將地質災害劃分為內動力地質災害、外動力地質災害；而研究地理地貌的學者又主張將地質災害劃分為山地地質災害、平原地質災害、海岸地質災害、海底地質災害。由此可見，不同學者因為各自研究出發點不同很難有統一的劃分方案。總體來看，在地質災害的基本屬性方面不同學者的認知較為統一：地質災害既是自然現象又是社會現象、既有自然屬性又有經濟屬性、既不可避免又可控可防；地質災害的發生時間、地點、規模等既表現出了高度的隨機性，又表現出不規則的周期性，因而被認為是一種較為復雜的隨機性事件；地質災害事件發生的時間、地點、規模既具有偶然性，但總體來看一系列的災害事件相互誘導形成因果，又表現出了群發特征；地質災害的發生與人類社會生產活動的能力呈現出高度的一致性，即人類對于大自然改造能力越強、地質災害越頻發。

2 遙感技術的應用

2.1 遙感技術在地質災害調查中的應用

由于礦區多發育特殊的地質、地貌特征，加之人類過渡的開采活動導致礦區是地質災害頻發的地區之一。典型的礦區地質災害現象包括巖體崩塌、地面塌陷、泥石流滑坡、地裂縫、礦山水土流失、植被破壞、河流湖泊塌岸等多種類型。而根據我國目前現行的地質災害調查規程要求，對于地質災害的調查主要以實地測量為主。此類調查方法在平原、丘陵地區具有較好的適用性。而對于山地、高山地等地形復雜、坡降較大的復雜地形礦區，隨著調查面積的擴大，調查過程中所產生的高額費用及較低的調查效率無疑帶來了巨大的挑戰。同時，特殊的地形地貌環境又給從事一線實地調查的調查人員帶來了巨大的安全隱患。

無人機遙感技術的出現為野外地質調查工作帶來了新的、可靠的技術保障。相對于傳統實地調查手段而言，遙感技術具有廣域、無接觸探查的優勢，在極大地提高調查過程的費效比同時，又降低了野外實地踏勘過程中可能帶來的人員傷亡風險。同時借助先進的遙感傳感器技術、遙感測控技術、自動化通信技術、GPS差分定位技術，可以對調查目的區域迅速獲取海量國土資源、自然環境、地質災害等信息。并且所獲取的此類信息具有高分辨率、高精度、實時準確、周期短的特點，所獲得的成果具有實時、可視的特點，完全可以滿足地質災害調查的需求，且極大提高了地質災害調查的效率，已經成為近年來地質調查的熱門手段之一。在利用遙感技術對地質災害調查的過程中，關鍵要做好以下四個方面的技術控制：一是對目的區域的地形氣候等條件進行系統調研，選擇合適的天氣和時間段進行遙感影像的獲取，盡最大可能提高影像的質量精度；二是積極做好像控點的測量。在均勻分布測區的位置合理布設像控點，保證遙感影像中像控點清晰可見（如裸露的基巖、空曠處的明顯點狀地物點、鄉村道路的交叉點等），同時要保證達到足夠的重疊率；三是根據技術規范要求明確航線邊界的條件。根據無人機遙感相機鏡頭的技術參數及航行高度確定合理的延展范圍；四是嚴格控制影像的獲取質量。根據前期調研結果，參考調查目的區域的地形高差、地貌特征，根據相關技術規范的要求，在保證航線密度的前提下，本著高效提取、影像匹配及提高分辨率的原則來拍攝高精度影像圖片。在以上數據獲取的基礎上，通過網平差、畸變校正、空三加密、坐標系轉換、DOM和DSM建模等一系列操作流程，生產調查目的區域的地形圖。進一步通過特征信息提取，結合實地探查來對地質災害情況進行綜合解譯。

2.2 遙感技術在地質災害監測中的應用

對已經發生的地質災害進行有效監測是災害治理前的必要手段。所謂地質災害監測，就是對災害目前狀況進行總體分析，掌握災害規模、災害現狀，預測災害發展的趨勢，為后續地質災害治理提供行之有效的一手資料。地質災害所導致的地面塌陷、巖體崩塌、泥石流滑坡等現象在遙感影像中具有典型的信息特征，災害發生的程度、破壞的規模以及持續的時間等信息都可以通過遙感技術獲取。這些海量遙感信息獲取后，通過專業的技術分析、影像研判可以有效分析災害發生區域內相關信息，監測災害發生的具體位置、規模、分布以分析地質災后的后續進展。

地質災害的有效監測是通過對災害的發生、發展、變化進行持續的觀測，尋找其變化規律。而遙感可以通過紅外波段、微波波段等技術措施，對災害發生地區地貌、植被、坡降、降水量以及水平面等因素的變化進行實時監測，對比前后動態變化情況，掌握地質災情的規模、特征、演變以及后續發展趨勢。作為遙感技術深度發展的產物—InSAR技術的產生，為大尺度地表變形監測提供了有利的技術支持。彼時區域性地形圖的測繪開始成為一種趨勢。得益于InSAR技術定量測量地表變化的技術優勢，該技術從理論上可以對地質災害導致的地形地貌變化進行定量測控，并提供可靠的海量實時變形數據。隨后的幾十年中，InSAR在泥石流滑坡、地面沉降、巖體崩塌等地質災害監測領域發揮了越來越大的作用。進入新世紀以來，InSAR遙感技術在時間頻率、測繪精度和廣域范圍內的應用等諸方面取得較大進步。隨著衛星系統的逐步完善和數據處理方式的不斷優化提升，海量遙感數據對于地質災害的監測將起到舉足輕重的作用。

2.3 遙感技術在地質災害評估中的應用

地質災害的發生所導致的危害包括災區人員的傷亡、礦區地質結構坍塌、環境的破壞等諸多方面。對地質災害的評估是后續開展救援、恢復工作的關鍵。雖然遙感技術無法直接對地質災害區域的復工復產沒有直接的作用，但通過遙感大數據的支持可以對災區的損情況及災害發生的具體區域進行統計，為后續治理提供技術支持，間接起到輔助作用。以某地區礦山山體滑坡地質災害的遙感評估項目為例，遙感對地質災害的評估關鍵步驟包括以下幾方面：第一在前人研究基礎之上，通過對收集到的大量災區高精度遙感影像的判讀，對地質災害的平面展布、內部結構以及災害類型等熟悉進行解譯；第二利用QuickBird影像建立地質災害體積估算方法，并提取災害的細節屬性特征、建立災害的定量評價方法。第三步利用高分辨率的SPOT圖像結合航片的研判，對地質災害的現今狀況進行提取，利用合理的數學評價模型建立相對可靠的評價指標，對災害危險性進行定量評價，為后期地質災害的綜合治理提供必要的指標支持。

3 結束語

遙感技術的不斷發展為地質災害的減災救災工作帶來了極大的便利，究其原因主要是因為遙感技術具有以下先進性：同時探查范圍廣、探查周期短、速度快、安全零損傷、受地形地貌的局限小、觀測數據海量化、觀測信息實時化、形象信息形象可視化、信息傳輸現代化。作為一項高精尖的現代化技術，雖然我國已經取得了較好的應用及發展效果，但由于研究起步較晚，也不得不正視與西方新進國家的差距。從多年的實際工作出發，筆者認為我國遙感技術的應用及后續發展應注重注意以下幾個方面。

一是在遙感應用到地質災害防治的工作中，我們應當具有統一的行業規范。遙感是一門先進的、具有較高行業門檻的技術，作為一門基礎應用技術非本專業人員很難對遙感影像所蘊含的各種信息進行專業的判讀。而專業遙感從業人員對于地質災害的認知又很難達到相當的高度。因此遙感專業人士與地質災害防治專家應當統一制定我國的遙感技術在地質災害防治方面的行業標準和規范，確保地質災害信息能夠被準確解譯。

二是進一步加強遙感數據的獲取能力、提高遙感數據的精度。我國遙感技術起步晚、研究深度及精度還有待提高。在防災救災方面，我們的實際經驗遠遠達不到歐美及日本等發達國家的水平。正視自己的不足、加強國際間的溝通交流、拓寬我們遙感數據的獲取渠道、提升遙感數據的精度將是我們在接下來一段時間內的工作重點，也是我們工作的難點。