浅谈遥感技术在地质灾害监测中的应用

遥感技术结课论文班级：资工21305班姓名：魏思源学号：201300491序号：31邮箱：[e-mail]浅谈遥感技术在地质灾害监测中的应用长江大学资源勘查工程21305班魏思源（31）摘要：随着经济的快速发展和环境污染的加重，我国近几年的地质灾害发生频率越加频繁。地质灾害的发生威胁着当地群众的生命财产和工农业生产的安全，造成水土流失和区域生态环境的恶化，成为制约社会经济发展和构建和谐社会的重要因素。尤其是近年来几次地震引起的大面积山体滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害十分严重。这些地质灾害是目前威胁经济建设和人类生存环境，并造成巨大损失的一种重大自然灾害。地质灾害的突发性与救灾的迫切性要求利用遥感技术进行监测，减小灾害造成的损失。本文主要讨论遥感技术在地质灾害监测中的应用。关键字：地质灾害，遥感技术，滑坡，监测，应用1.引言遥感技术在地质灾害工作中的应用，主要体现在监测，调查，分析研究三方面，而且应用比较成熟。它能快速提供大面积地区的位置、分布、范围、规模、类型、发育环境等数据和图件，给地质灾害的预防及防治提供了大量的信息，通过灾情监测评估，对灾区各种设施、自然资源毁坏情况和生态环境变化等作出评价，为科学规划灾后重建提供科学依据和决策咨询。随着技术的不断成熟，必将在防震减灾工作中发挥不可替代的作用。2.原理和方法2.1遥感技术的概念遥感是指利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，从远离地面的不同工作平台（如人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机、飞机、气球和高塔等），利用紫外线、可见光、红外线、微波等传感器，通过摄影、扫描等各种方式，接收并记录来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别地面物质的性质和状态的综合技术。遥感系统由遥感平台、传感器以及信息接受、处理与分析应用等分系统组成。按照传感器搭载的平台，遥感可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。2.2遥感技术在地质灾害监测中的作用我国利用遥感技术开展各种地质灾害研究方面取得了重大进展，包括近年来开展的全国特大滑坡灾害调查及危险性评价、典型地质灾害监测预警与示范治理、重点地区地裂缝与地面沉降调查、国家重大工程区域地壳稳定性调查与评价等项目都是建立在遥感图像的分析判断基础上的。由于遥感技术具有大范围、快速和多谱段地进行感测并能获取大量信息的优势使其在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用，例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。除此之外，对于各种地球资源的勘探以及对于部分地质灾害的监测也离不开遥感技术的配合和应用。遥感技术在地质灾害监测过程中的应用主要有以下几点：（1）不良地质现象通常被叫做地质灾害，其主要是指自然地质作用和人类活动相结合而造成的恶化地质环境，降低环境质量，直接或间接危害人类安全并给社会和经济建设造成损失的地质事件。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征，地质灾害也是如此，因此，遥感技术就是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息进行收集、处理并最后形成图像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。具体而言，遥感技术可以根据所获取的图像资源对地质灾害频发的地区进行实时的监测并对地质灾害发生的原因以及其他相关性因素进行测绘和分析，从而进一步准确把握地质灾害发生的时间规律和前兆信息，从而对地质灾害进行定期的预报帮助将灾害发生的损失降到最低。（2）就目前而言较为多发的地质灾害主要有地震、滑坡以及泥石流等，其中滑坡是一种山区常见的不良地质现象，主要发生在山地、丘陵的斜坡上。利用遥感技术对滑坡进行监测方法已得到了广泛应用并在某些方面取得了显著成效。利用遥感技术克服了地形、气候、观测条件的限制，可以实现大范围的滑坡区域调查以及针对滑坡不同阶段实行动态监测，遥感用于滑坡监测可分为三个方面内容即滑坡探测与识别；滑坡时间和空间上的动态监测；结合GIS技术的空间分析和灾害预测。滑坡的探测与识别通常采用航片或高分辨率卫星影像进行判读，识别出滑坡的鉴别特征，如泥石流引发的沉积物堆积、地貌地形、冰川退缩及冰舌的位移、岩层断裂等。动态对比可通过检测多时相卫星影像上滑坡前后的土地利用变化来定位滑坡，然后通过对比不同时期的滑坡条件，如滑坡范围、移动速度、地表形态、土壤湿度，进行滑坡动态监测。目前，滑坡动态监测已采用了InSAR或D-InSAR并利用获取的地面控制点改进地理编码和高程值，获取地理编码垂直高程变化图。（3）泥石流的频繁发生造成了严重的经济损失和生产设施破坏，而且泥石流多发生于矿区且直接威胁着矿区的安全生产。矿区地形复杂，单纯依靠地面调查对其进行检测不仅周期长、费用高，见效慢，而且部分矿区交通不便且工作难度大，难以准确判断。利用遥感技术不但可准确、直观、全面、多角度地观察和研究泥石流灾害，还可以利用多时像的遥感资料，动态地观察地质灾害的发生、发展等过程，为灾害地面调查及后续治理提供指导。利用遥感技术进行泥石流监测主要核心就是泥石流沟的解译。泥石流的遥感调查方法与滑坡非常类似，也可以采用直接解译法、动态对比法和干涉雷达等方法。常见的地质灾害在遥感影像上都具备一定的特征，根据这些特征，可以从遥感影像上划分出地质灾害易发区，进而对其进行调查和监测，掌握其最新情况和动态，为分析评价提供可靠依据。3S（RS，GIS，GPS）技术有机结合，采用多类型、多波段、多时相TM、SPOT、ERS-SAR和RADARSAT等图像数据融合及其正射影像制图技术，提取大量地质灾害和构造变形的有关信息。所用的遥感数据主要有多时相SPOT图像、Landsat-TM图像、ERS-SAR和RADARSAT雷达图像。根据地区地质构造特点，对这些数据进行图像处理和信息提取。将遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析方法引入区域地质灾害分析，可大幅度提高工作效率和研究水平。遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析法综合利用3S技术、遥感图像数字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科技，通过遥感图像的正射影像处理、多类型遥感图像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工序，按照一定比例尺和飞行路线生成测区的虚拟三维影像动画系列图，以解决数字区调工作者面临的实际问题。3.实践讨论和应用分析3.1遥感技术在灾害监测中的应用范围3.1.1地质灾害我国的地质灾害遥感调查技术是为大型工程的可行性研究提供地质灾害分布、潜在危害及环境基础资料。实践证明，遥感技术在识别滑坡、泥石流，制作区域滑坡、泥石流分布图；评价滑坡、泥石流对大型工程施工及运行的影响等方面发挥了巨大的作用。当前，地质灾害遥感解译是根据地质灾害及其要素、后壁、滑体、前缘、物源区、流通区、堆积区等的形态特征，在航空像片或卫星图像上以目视方法进行解的识别能力，可以更加准确和精细地分辨地物，并将重点区进行遥感解译。这对于自然灾害发生前后的遥感图像变化与现场验证相结合，同时结合其它非遥感资料，并通过研究影响地质灾害发育的环境地质条件、自然环境条件以及社会经济环境条件等因素来间接地推断研究区域内地质灾害发生的可能性。目前，直接通过遥感图像发现并研究地质灾害的发生和发展还存在很大困难。因此，现有的滑坡、泥石流遥感调查只能提供区域宏观的、定性的解译成果，不能提供比较精确、定量的地质灾害信息，也没有形成有效的地质灾害演化评价模型，无法对地质灾害的发生进行预警。所以，当前的地质灾害遥感调查技术方法迫切需要进一步改进和提高，以满足地质灾害防治工作的需要。3.1.2洪涝灾害为了有效地预防和控制洪水灾害，必须及时、迅速，准确地了解水情、水势的进展情况，并及时地对洪水作出反应。遥感方法是实现这一过程的先进手段。遥感方法可以不受恶劣天气条件的影响，通过航空、航天手段获取监测影像资料,实时或准实时地监测洪灾灾情发展态势,应用相关软件迅速分析出洪水态势,然后将分析结果以直观的图形、图表等形式传递给决策部门,作为制定防洪减灾对策的重要依据。洪水灾害遥感分析的核心技术是数字图像处理。在图像处理系统支持下,由遥感图像提取洪水信息和相应区域的土地利用类型的基本状况,在严格配准的情况下,将淹没范围与土地应用类型迭加成一幅图，哪些地物被淹,将一目了然,并且可以非常方便地对各类别进行面积统计，可作为灾情分析评估的直接信息源，输入洪灾损失评估模型。3.1.3沙尘灾害沙尘灾害的尺度范围从局地性、区域性到大陆间都可能发生，且沙尘暴发生地区多为沙漠地区以及干旱、半干旱地区，地面测站分布密度比较稀疏，因此用地面观测站网数据进行研究具有很大的局限性，同时常规资料的时间分布，也难以捕捉和追踪那些由中尺度系统引起并造成严重灾害的强沙尘暴源地及其动态演变规律和强度变化。随着20世纪70年代以来遥感技术的不断发展，遥感定量化研究也不断深化，具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率的新型遥感数据大量产生，使得利用遥感卫星进行沙尘灾害监测研究成为可能。遥感数据的多源性、动态性、现时性和准确性，不仅弥补了地面观测数据时空分辨率的不足，同时还可与地面观测数据进行精度上的相互验证，互为补充，深化沙尘灾害研究。此外，国内外环境工作者利用遥感技术对地震预测、农业病虫害、森林火灾、霜冻、土壤侵蚀等灾害进行监测，也都取得了较满意的结果。3.2应用实例——四川5.12汶川大地震2008年5月12日,处于龙门山断裂带的四川汶川地区发生Ms8.0级地震。地震灾区处于青藏高原和四川盆地过渡带,受地形、地貌、地质构造条件和暴雨、地震等诱发因素频发影响,使之成为地质灾害的多发区、易发区。汶川Ms8.0级地震还诱发了滑坡、泥石流、堰塞湖等地震次生地质灾害。3.2.1数据的获取方式：灾害发生后，由于地形、气象等客观因素的影响，通过单一的遥感传感器往往很难获得灾区所有数据，需要充分发挥多种传感器的优势，获取灾区的各种类型数据，主要包括光学与SAR卫星遥感影像、光学与SAR航空遥感影像两大类。（1）光学与SAR卫星遥感影像的获取此类数据包括国内外的众多高分辨率光学与SAR卫星遥感影像。从时间上说，重点是灾害发生前后数据的获取，以快速确定灾区的位置和前后的变化。（2）光学与SAR航空遥感影像的获取此类数据是利用高空遥感琶机、无人机和卣升机等高、低空遥感平台，搭载遥感传感器，快速获取的灾区高分辨率光学与SAR航空遥感影像。3.2.2遥感数据获取次生地质灾害类型：汶川地震发生后,获取了灾区的多种形式：遥感数据中高分辨率的遥感影像在地质灾害识别和城市建筑物损害评估过程中发挥了重要作用。由于地震发生后,灾区天气不佳,雨雾覆盖,光学遥感卫星无法获取地面遥感影像。雷达遥感数据可以穿透雨雾,对地面成像,从而使外界对灾区状况有了初步的认识。后期利用航空遥感方式对重点灾区进行成像,0.5m的分辨率可以使我们对灾区的地质灾害和城市损毁情况进行详细的判读。汶川地震后引发了许多此生地质灾害，如何准确的判别各类也是遥感应用的一项重要工作。地震次生地质灾害在高分辨率的光学影像上具有明显的形态特征,可以准确判读出灾害类型。多光谱数据不同波段的组合可以提供地表植被指数和裸露地表类型等信息,为人机交互判读提供便利。云雾覆盖导致光学遥感无法发挥作用,雷达卫星采用的探测波段可以穿透云雾,首先获得了灾区图像。主要有光学遥感和微波遥感。3.3遥感技术在灾害调查中的优势3.3.1可快速进行大范围、立体性的灾害监测遥感技术能从空中大面积地对灾害进行宏观监测研究，使灾害监测工作向立体监测方向发展。对于复杂多变、涉及面广的大型灾害优越性更明显。特别是对于大区域的环境灾害及动态变化(如沙尘暴、特大洪灾等)监测十分有利。3.3.2获取的信息量大、效率高遥感技术可以快速地传导、接收、处理和提取大量与灾害相关的信息。这不仅给灾害监测赢得了大量时间,而且及时获得了丰富的灾情背景资料,为高效数据模型的建立创造了先决条件。3.3.3适应性强遥感技术可获取其它监测手段无法获取的信息。由于某些灾害的灾区自然条件恶劣，如发生雪灾、山体滑坡、密林森林病虫害及火灾、荒漠化等;另外某些农业灾害如病虫害、沙漠化或一些农业气象灾害等,常规监测手段根本无法奏效，灾