遙感技術在地質(zhì)災害方面的應用

江佳琳

遙感技術是根據(jù)電磁波的理論，運用各種傳感儀器對遠距離目標輻射和反射的電磁波信息進行收集、處理并成像，探測和識別地面各種物體的綜合技術。遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)通稱為“3S”技術，用于建筑物、沙漠、水體、農(nóng)作物、森林植被的動態(tài)監(jiān)測。近年來，隨著高分辨率衛(wèi)星的應用和地理信息系統(tǒng)的完善，遙感技術在國民經(jīng)濟建設和社會發(fā)展中起著重要的作用。

1 遙感技術

無人機技術的應用，可以針對生態(tài)環(huán)境景象和信息環(huán)境的景象進行信息采集。然后，通過針對影像進行處理，可以直觀展現(xiàn)生態(tài)地表的景觀動態(tài)與變化規(guī)律。與此同時，可以收集生態(tài)景觀變化、地勢變化以及自然資源受損等信息。通過分析其變化規(guī)律，了解所在片區(qū)生態(tài)環(huán)境的特征和變化規(guī)律。根據(jù)目前我國遙感技術的研究現(xiàn)狀可知，通過遙感技術，不僅能夠針對土地和水環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，而且還可以采集大氣環(huán)境中的精準數(shù)據(jù)信息。在傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境保護數(shù)據(jù)信息采集中，因為信息不夠準確、定位差等問題限制了其發(fā)展。隨著生態(tài)環(huán)境的改變，如果還是使用傳統(tǒng)的生態(tài)信息數(shù)據(jù)采集模式，就很難適應現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境發(fā)展實際需求。借助遙感技術獲取高清的圖像，更有利于地圖外業(yè)分析調(diào)查工作的開展。

2 無人機技術相較傳統(tǒng)勘測模式的優(yōu)勢

通過衛(wèi)星遙感獲取的影像數(shù)據(jù)更新速度緩慢并且數(shù)據(jù)的分辨率較低，因此目前礦山勘測以人工實地勘測為主。實地勘測獲取的數(shù)據(jù)需要利用計算機輔助軟件進行處理才能作為有效數(shù)據(jù)，指導礦山修復工作的進行。隨著礦山修復面積的擴大，需要處理的數(shù)據(jù)量就會增大，通過傳統(tǒng)方法處理數(shù)據(jù)的效率就會降低。表1 對比了人工勘測、衛(wèi)星遙感及無人機遙感采集數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點。新型的無人機遙感技術可以彌補傳統(tǒng)測量模式的不足。無人機通過搭載各種類型的傳感器可以獲得實時強的高分辨率影像數(shù)據(jù)，并且可在其基礎上解譯出更加全面和完備的信息，從而提高數(shù)據(jù)采集的效率。另外，通過無人機獲取的數(shù)據(jù)可以快速構建三維可視化模型，進而更加真實地再現(xiàn)礦山生態(tài)環(huán)境實際情況。無人機系統(tǒng)的推廣及應用成本較低，與衛(wèi)星遙感系統(tǒng)相比更容易被人接受，無人機還具有危險性小，操作簡單的優(yōu)點，可以進行實時操作。由于礦山生態(tài)修復方案的制定以大量精度高、實時性強的地形地貌數(shù)據(jù)作為基礎條件，但是廢棄礦山多具有面積大、地形復雜、生態(tài)問題多等特點，因此快速獲取當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的相關數(shù)據(jù)，是進行礦山生態(tài)修復的關鍵。無人機遙感技術可以獲得分辨率高、實時性強的圖像數(shù)據(jù)，可以直觀地反映礦山真實的地形地貌和環(huán)境問題，并且在采集數(shù)據(jù)的過程中，基本上不需要人工實地勘測從而極大提高勘測效率。但是，無人機遙感技術的發(fā)展時間相比傳統(tǒng)探測方式而言較短，其相關理論技術的發(fā)展比較滯后，各個領域?qū)o人機的應用仍處在初步階段。同時，能對無人機遙感技術產(chǎn)生影響的因素較多，比如在風力強勁的環(huán)境下，無人機飛行的穩(wěn)定性無法保證，這將很大程度上影響數(shù)據(jù)準確性。

表1 人工勘測、衛(wèi)星遙感及無人機遙感采集數(shù)據(jù)對比

3 地質(zhì)災害

①礦井突水地質(zhì)災害特征。在進行煤礦開采過程中，礦井突水事故時有發(fā)生，其會影響煤礦開采效率。如果礦井出現(xiàn)突水地質(zhì)災害，不僅會對井下人員生命安全造成威脅，同時也會影響礦井的正常生產(chǎn)。實際上，礦井突水地質(zhì)災害具有水勢兇猛、涌水量大和損失大等特點，因此需要采取有效措施給予預防和解決。②地面沉降地質(zhì)災害。在地下煤礦被開采過程中，地面沉降地質(zhì)災害一般是指采空區(qū)周圍原始地應力平衡被破壞，誘發(fā)地應力重新分布，直至地應力重新平衡為止。通常情況下，在地應力重新分配直至平衡階段，會誘發(fā)礦井周圍地下巖層和地表巖層發(fā)生變形、移動甚至開裂問題。

4 我國地質(zhì)環(huán)境的現(xiàn)狀

我國很多地質(zhì)環(huán)境都屬于露頭礦山的類型，因此在開采中容易發(fā)生泥石流、地面塌陷、山體滑坡等安全事故。長期的開采工作，會極大地增加周邊地質(zhì)災害的發(fā)生率，不但會造成制備大量破壞，影響生態(tài)環(huán)境，還可能引起道路損害、建筑塌陷等不良現(xiàn)象。另外，對于周邊居民的日常生活及生存環(huán)境，也有著很多不良的影響。由于我國地質(zhì)環(huán)境總體情況不理想，在開采過程中管理控制不到位，導致很多固體廢棄物的產(chǎn)生，造成了比較嚴重的環(huán)境污染，同時也占用了大量的土地。甚至還有一些地方性小型私營開采企業(yè)，由于地質(zhì)環(huán)境的影響和技術條件的限制，也增加了很多安全事故或污染情況的發(fā)生。因此，總體來說，我國的地質(zhì)環(huán)境，是處于一個不穩(wěn)定的狀態(tài)。

5 遙感技術在地質(zhì)災害方面的應用

5.1 研究區(qū)概況

某縣人類工程活動強烈，受降雨、地震及切坡等不合理人類工程活動的影響，境內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害呈現(xiàn)易發(fā)、突發(fā)等現(xiàn)象。地質(zhì)災害對人民生命財產(chǎn)安全造成了較大的威脅和危害，并在一定程度上制約了縣域社會經(jīng)濟發(fā)展，因此，急需開展地質(zhì)災害隱患識別、災害調(diào)查與地質(zhì)災害工程治理等工作，其工作區(qū)具體情況見圖1。

圖1 研究區(qū)范圍及區(qū)域斷層構造示意圖

5.2 結(jié)合礦山地質(zhì)信息提取

礦井地址信息與礦井災害的發(fā)生有一定的關系。長期開采引起的內(nèi)部結(jié)構破壞是造成礦山災害的主要原因。或是地殼運動造成形態(tài)變化等。這些地質(zhì)因素變化可能是長時間積累造成的，或是一次開采中過度所致。應用遙感技術，獲取相應的地址信息圖像，了解潛伏地質(zhì)構造及活動構造情況，明確礦區(qū)地貌情況及地質(zhì)條件等。在此基礎上，合理調(diào)整開采方案，從而避免開采過程中發(fā)生塌陷等事故。在地質(zhì)信息當中，需要對不同結(jié)構線性、位置等加以了解，從而更好地應用遙感技術分析礦山地質(zhì)條件。通過遙感技術獲取充足的礦山地質(zhì)信息，從而保證礦山開采的合理性。

5.3 地質(zhì)環(huán)境的預警

遙感技術在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查是一個重要的因素,根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的主要特點是結(jié)合區(qū)域預警、地質(zhì)災害更頻繁,全面管理,在這個過程中,需要結(jié)合地質(zhì)環(huán)境實現(xiàn)預警裝置,遙感技術是通過遠程控制來防止礦區(qū),預防的改善還可以達到礦山地質(zhì)的目的，在對地質(zhì)環(huán)境進行預警的同時，每次進行一次環(huán)境預警，資金有限，所以沒有足夠的資金，很難解決這個問題。但是，遙感技術與地質(zhì)條件相結(jié)合，一旦出現(xiàn)問題，工作人員就會結(jié)合遙感技術對圖像進行處理，防止出現(xiàn)問題，因此，地質(zhì)采礦環(huán)境預警是不可忽視的，也是一個關鍵問題。

5.4 構建三維實景解譯場景

三維實景模型兼顧了二維影像和三維地形的特點，較單純的影像能提供更多的信息，有助于地質(zhì)災害、微小地貌的判識。以圖2（a）滑坡的三維實景模型為例，從模型地物表面形態(tài)上來看，疑似滑坡區(qū)域僅滑源區(qū)稍稍可見，其他形態(tài)特征均不明顯；從光譜信息來看，滑坡區(qū)域與環(huán)境的色彩一致，無法區(qū)分；從紋理特征上來看，也無法區(qū)分滑坡的邊界信息。但通過基于LiDAR 點云濾波處理后得到的如圖2（b）三維數(shù)字高程模型中，可發(fā)現(xiàn)滑源區(qū)的物質(zhì)損失與堆積區(qū)的物質(zhì)增加構成了滑坡最明顯的特征，在此基礎上，滑源區(qū)圈椅狀形態(tài)、堆積區(qū)邊界地形變化、滑源區(qū)表面光滑等均是該滑坡判識的典型標志，這是機載LiDAR 數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)影像滑坡解譯的優(yōu)勢所在。

圖2 滑坡災害遙感解譯標志

5.5 建立地質(zhì)災害隱患識別解譯標志

下圖3 滑坡（a）、（b），圖3 崩塌（c）（d），圖3 泥石流（e）、（f）。

圖3 地質(zhì)災害遙感解譯標志（依次為滑坡、崩塌、泥石流）

5.6 地質(zhì)災害隱患識別結(jié)果

本次研究基于機載LiDAR 技術，經(jīng)室內(nèi)解譯與野外查證后，在某縣70 平方公里范圍內(nèi)解譯發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災害隱患點共52處，分別為滑坡16 處、崩塌30 處、不穩(wěn)定斜坡4 處、泥石流2 處。經(jīng)查證分析，滑坡災害以大中型為主，多由地震所誘發(fā)，具有規(guī)模大、滑源區(qū)高、滑距遠、有河流堰塞歷史等特征；崩塌災害多為中小型，為自然因素誘發(fā)，多發(fā)生于高陡邊坡；泥石流災害均為大型低頻泥石流，物源分布較為集中。將解譯出的52 處地質(zhì)災害隱患點與某縣已知地災隱患點坐標進行空間位置關聯(lián)，對比發(fā)現(xiàn)新增地質(zhì)災害隱患11 處，占比21.16%；此外，本次機載LiDAR 調(diào)查出的、經(jīng)野外復核仍有明顯變形跡象且存在較大威脅的地質(zhì)災害隱患點有4 處，應引起重視。

6 結(jié)語

綜上所述，遙感技術主要指的是航空攝影——以空中有人機、低空無人機、飛艇等作為航空飛行平臺，根據(jù)應用目的搭載不同類型的傳感器，實現(xiàn)對地觀測的成像技術。相對于航天遙感所獲取的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的膠片式航空遙感具有技術手段成熟、成果產(chǎn)品質(zhì)量可靠、機動靈活的特點。擁有生產(chǎn)cm 級的成果圖件的能力。這種優(yōu)勢特別適用于地質(zhì)災害發(fā)生區(qū)的遙感調(diào)查。對利用高分辨率航空遙感圖像，結(jié)合適當?shù)囊巴獾刭|(zhì)工作，根據(jù)地質(zhì)災害遙感解譯標志，可以很好的完成地質(zhì)災害遙感識別、解譯，并初步確定地質(zhì)災害的邊界、面積等這一技術流程形成了共識。