遙感在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用綜述

遙感在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用綜述摘要：地質(zhì)災(zāi)害作為全球破壞極強(qiáng)的自然災(zāi)害之一，強(qiáng)烈地危害著人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全。了解掌握地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律，以及在災(zāi)害發(fā)生后精確的把握災(zāi)區(qū)的基本情況，對(duì)減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失具有重要的意義。遙感作為一項(xiàng)能夠揭示地球表面各要素的空間分布特征與時(shí)空變化規(guī)律的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，具有的觀測(cè)范圍廣、速度快、安全、不受地形、地貌的阻隔，遙感影像直觀、準(zhǔn)確、信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，尤其可以在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急減災(zāi)與評(píng)估中發(fā)揮重要的作用。本文將對(duì)遙感技術(shù)在地震地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查，地震震度、烈度評(píng)估以及滑坡地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用進(jìn)行梳理，以求掌握遙感在地質(zhì)災(zāi)害中應(yīng)用現(xiàn)狀，為將來(lái)遙感在地質(zhì)災(zāi)害中的更深入應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害遙感地震滑坡1引言中國(guó)是世界上受地質(zhì)災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，近年來(lái)隨著全球氣候變暖，極端降水事件的增多，地震活動(dòng)的頻發(fā)，以及人類(lèi)經(jīng)濟(jì)、工程活動(dòng)的不合理開(kāi)發(fā)，使得我國(guó)大部分地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度和破壞程度呈不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)，導(dǎo)致我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害不僅災(zāi)害種類(lèi)多、分布范圍廣，并且近年來(lái)發(fā)生頻率高、災(zāi)損嚴(yán)重。所謂的地質(zhì)災(zāi)害是指：由于自然或人為作用，多數(shù)情況下是二者共同作用引起的，在地球表層比較強(qiáng)烈地危害人類(lèi)生命，財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境的巖、土體或巖、土碎屑及其與水的混合體的移動(dòng)事件[1]。由于地質(zhì)災(zāi)害往往破壞力強(qiáng)大，尤其是地震所引起次生地質(zhì)災(zāi)害尤其嚴(yán)重。因此對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前、發(fā)生中和發(fā)生后3個(gè)階段的地質(zhì)災(zāi)害信息進(jìn)行大范圍、全天候、全天時(shí)的動(dòng)態(tài)采集、監(jiān)測(cè)和數(shù)字化管理。對(duì)實(shí)現(xiàn)高效的防災(zāi)，減災(zāi)和應(yīng)急救援等具有重要意義[2]。遙感是以電磁波與地球表面物質(zhì)相互作用為基礎(chǔ)，探測(cè)、分析和研究地球資源與環(huán)境，揭示地球表面各要素的空間分布特征與時(shí)空變化規(guī)律的一門(mén)科學(xué)技術(shù)[3]，具有的觀測(cè)范圍廣、速度快、安全、不受地形、地貌的阻隔，遙感影像直觀、準(zhǔn)確、信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，尤其可以在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急減災(zāi)與評(píng)估中發(fā)揮重要的作用[2]。與常規(guī)信息采集方式相比，遙感技術(shù)在災(zāi)區(qū)信息的獲取上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）覆蓋范圍廣。遙感技術(shù)可以對(duì)大范圍的受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集，從宏觀上反映受災(zāi)地區(qū)的情況。例如，一景TM影像可以覆蓋185km×185km的地表范圍，相當(dāng)于能夠覆蓋汶川地震中受災(zāi)最嚴(yán)重的北川縣全境；我國(guó)“HJ-1”衛(wèi)星獲取的影像幅寬為360km(2臺(tái)組合≥700km)，能夠獲取更大的地表范圍。大范圍的數(shù)據(jù)獲取能力也為全球氣候變化及區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)的研究提供了有力條件[4]。（2）獲取速度快、手段多。遙感技術(shù)可以對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行周期性的觀測(cè)來(lái)獲取不同時(shí)相的影像。通過(guò)受災(zāi)前后遙感影像的對(duì)比分析，不但能夠定位受災(zāi)區(qū)域、估計(jì)影響范圍，還能跟蹤災(zāi)情的動(dòng)態(tài)變化。例如，搭載MODIS光譜儀的上午星Terra和下午星Aqua可以達(dá)到一天過(guò)境4次；SPOT衛(wèi)星的HRV傳感器具有傾斜觀察能力，能夠在不同軌道上用不同的觀察角對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，產(chǎn)生立體像對(duì)以獲得三維空間數(shù)據(jù)[5]。這種高時(shí)相分辨率以及多觀測(cè)角度的特點(diǎn)，為實(shí)時(shí)獲取災(zāi)情信息提供了可能。（3）信息量大。遙感通過(guò)探測(cè)可見(jiàn)光—反射紅外、熱紅外和微波等不同波長(zhǎng)范圍的電磁輻射能，來(lái)獲取包括植被覆蓋、土壤水分、區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境污染、森林火災(zāi)和地表形態(tài)等信息[5]。不同遙感影像的分辨率在幾十厘米至幾百公里之間，能夠滿(mǎn)足不同尺度下減災(zāi)救災(zāi)的應(yīng)用需求。國(guó)際上遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查較早。我國(guó)利用遙感技術(shù)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查起于20世紀(jì)80年代初，目前已摸索出一套較為合理、有效的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查方法[6]。遙感技術(shù)快速、準(zhǔn)確、方便的特性，應(yīng)用遙感技術(shù)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查是極其必要的，也是當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[7]。張娟等[8]運(yùn)用目視解譯方法對(duì)棗莊地區(qū)的landsat衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行信息分析。通過(guò)建立遙感解譯標(biāo)志，提取棗莊地區(qū)的塌陷區(qū)、崩塌與滑坡以及地裂縫的遙感影像特征，圈定各類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害的位置、影響范圍并預(yù)測(cè)各地區(qū)災(zāi)害發(fā)生的可能性及災(zāi)害強(qiáng)度等，對(duì)棗莊地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查具有重要的研究意義。蔣培蕩等[6]對(duì)永豐縣1/5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，以遙感解譯為先導(dǎo)，獲取地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)育環(huán)境要素信息，解譯地質(zhì)災(zāi)害的種類(lèi)、數(shù)量、規(guī)模及其分布特征；通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件的綜合分析，初步圈定地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)，配合地面調(diào)查，提供遙感解譯成果。同時(shí)建立了滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志。遙感作為一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感快速獲得災(zāi)后的遙感影像圖[9]，結(jié)合災(zāi)區(qū)影像資料，可以迅速解譯出地質(zhì)災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況，為快速科學(xué)地制定救災(zāi)計(jì)劃提供依據(jù)。面對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的主要發(fā)生源，本文首先將討論遙感技術(shù)在地震中的應(yīng)用。2遙感在地震及其引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用我國(guó)處在環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展調(diào)查和評(píng)估，較小破壞性地震的評(píng)定一般需要1-3天時(shí)間，較大的破壞性地震評(píng)定則需要更長(zhǎng)，甚至數(shù)十天的時(shí)間。如何提高地震烈度評(píng)定的時(shí)效性和效率，具有重大的應(yīng)用價(jià)值[27]。王曉青等[27]通過(guò)在災(zāi)區(qū)應(yīng)急獲取了多種高分辨率航空和無(wú)人機(jī)遙感影像，并快速解譯提取了災(zāi)區(qū)建筑物震害信息，采用地震烈度遙感定量評(píng)估方法，獲得了蘆山地震災(zāi)區(qū)126個(gè)主要居民點(diǎn)的地震烈度遙感評(píng)估結(jié)果，并據(jù)此圈畫(huà)了地震烈度分布遙感評(píng)估圖。借助于快速獲取的災(zāi)區(qū)高分辨率遙感影像，可以快速估計(jì)地震烈度分布，對(duì)地震災(zāi)區(qū)災(zāi)情估計(jì)和抗震救災(zāi)工作具有十分重要的參考意義。竇愛(ài)霞等[28]在新疆伽師地震、四川汶川地震遙感定量化研究的基礎(chǔ)上，利用2010年4月14日青海玉樹(shù)7.1級(jí)地震高分辨率遙感解譯結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料進(jìn)行對(duì)比分析，建立了遙感解譯震害與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果的定量關(guān)系，并進(jìn)一步得到了玉樹(shù)縣城結(jié)古鎮(zhèn)街區(qū)的等效震害指數(shù)和結(jié)古鎮(zhèn)綜合震害指數(shù)。該模型可應(yīng)用于建筑物結(jié)構(gòu)類(lèi)型分布與玉樹(shù)縣結(jié)古鎮(zhèn)相似的城鎮(zhèn)遙感震害評(píng)估工作中。3遙感在滑坡地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用滑坡是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，滑坡對(duì)于許多國(guó)家都有著直接或間接的影響，人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失以及自然環(huán)境的破壞也日益增加[29]。我國(guó)地震滑坡分布較廣，特別是西部、西南部山區(qū)地帶，每發(fā)生一次大地震均會(huì)產(chǎn)生許多地震滑坡，離震中一定距離范圍內(nèi)將產(chǎn)生大量隱伏的地震滯后滑坡。如果在地震滯后滑坡區(qū)域或其鄰近區(qū)域發(fā)生大地震時(shí)，滑坡將更為廣泛，災(zāi)難也會(huì)將更加嚴(yán)重[30]。我國(guó)滑坡災(zāi)害統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)東起浙江、福建、遼寧，西至新疆、西藏，北起內(nèi)蒙古，南到海南、廣東，至少有22個(gè)省、市、自治區(qū)遭受到地震滑坡的侵害。其中，以云貴高原的秦嶺——大巴山區(qū)域地震滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重[31-33]。過(guò)去幾十年，利用遙感進(jìn)行滑坡識(shí)別、編錄、敏感性和危險(xiǎn)性分區(qū)技術(shù)的發(fā)展，使其成為改善土地利用規(guī)劃、防治災(zāi)害、減少人員傷亡的有效和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。特別是計(jì)算機(jī)和衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展為分析、評(píng)估和確定滑坡的形成條件及其特征提供了重要信息。在我國(guó)21世紀(jì)初，王治華[34,35]提出了以提出了以遙感圖像為數(shù)據(jù)源、綜合利用GIS等方法對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行識(shí)別和分析的“數(shù)字滑坡”技術(shù)。國(guó)土資源大調(diào)查工作開(kāi)展以來(lái)，應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)，中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心先后完成了長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)、青藏鐵路沿線(xiàn)、喜馬拉雅山地區(qū)的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的分布及發(fā)育環(huán)境調(diào)查[36-38]。一般情況下，遙感技術(shù)，如航片解譯、立體圖像分析、干涉測(cè)量研究和激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)（LiDAR）可用于滑坡的識(shí)別、監(jiān)測(cè)和分類(lèi)。在評(píng)估邊坡不穩(wěn)定性的常規(guī)方法中使用遙感系統(tǒng)，可以快速便捷地獲取、更新大區(qū)域數(shù)據(jù)，減少野外工作和成本[29]。近年來(lái)，國(guó)外在邊坡穩(wěn)定性調(diào)查中使用的各種遙感技術(shù)和分析方法取得了一些新進(jìn)展，如利用合成孔徑雷達(dá)（SAR）數(shù)據(jù)對(duì)地表形變的監(jiān)測(cè)[39]、利用高空間分辨率的便攜式無(wú)人機(jī)對(duì)滑坡進(jìn)行填圖[40]、利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)對(duì)滑坡進(jìn)行研究[41]、面向?qū)ο蟮膱D像處理方法應(yīng)用于滑坡識(shí)別和分類(lèi)[29]等。通過(guò)對(duì)這些可行的新方法進(jìn)行分析，能夠總結(jié)出這些方法的優(yōu)勢(shì)和在使用過(guò)程中值得注意的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展方向。基于國(guó)內(nèi)外滑坡遙感調(diào)查成果調(diào)研以及國(guó)土資源大調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查、近年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急遙感調(diào)查研究成果的基礎(chǔ)上，童立強(qiáng)等[42]分析和總結(jié)了巫山大清坎滑坡、千將坪滑坡、武隆滑坡及西藏滑坡群等典型滑坡的遙感影像特征，提出了滑坡，尤其是高速遠(yuǎn)程滑坡的遙感識(shí)別標(biāo)志。梁勇[43]通過(guò)搜集到的遙感圖像及地形數(shù)據(jù)，利用MapGis及ArcGis軟件處理分析，制作文家溝震前及滑后DEM、震前及滑后三維可視圖，再現(xiàn)文家溝滑坡之前真實(shí)場(chǎng)景。再基于制作完成的DEM，對(duì)文家溝進(jìn)行了滑坡區(qū)域劃分，嚴(yán)格分析出滑坡的下滑區(qū)、堆積區(qū)、未滑動(dòng)區(qū)。對(duì)于文家溝滑坡進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有助于更進(jìn)一步了解文家溝滑坡，對(duì)于預(yù)防文家溝再次發(fā)生滑坡具有重要的意義。另外朱靜等[44]從4方面闡述了遙感技術(shù)在我國(guó)滑坡研究中的應(yīng)用（1）區(qū)域滑坡災(zāi)害遙感調(diào)查（2）大型單體滑坡遙感調(diào)查（3）滑坡災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)（4）遙感應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。隨著遙感影像獲取技術(shù)的迅猛發(fā)展，其空間分辨率已經(jīng)從米級(jí)發(fā)展到了分米甚至厘米級(jí)[45-47]。這使得基于高空間分辨率影像實(shí)現(xiàn)對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害滑坡體的要素組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素的遙感識(shí)別與解譯成為可能[48]。魯學(xué)軍等[48]以災(zāi)前災(zāi)后高精度DEM和高分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，探討了地質(zhì)災(zāi)害滑坡的1維、2維、3維3種遙感解譯方法，分析了三者之間的互補(bǔ)關(guān)系，并應(yīng)用3種遙感解譯方法對(duì)貴州關(guān)嶺“6.28”特大滑坡進(jìn)行了遙感解譯分析，最后對(duì)有關(guān)滑坡多維遙感解譯方法體系的建立進(jìn)行了討論。4結(jié)論遙感技術(shù)具有的觀測(cè)范圍廣、速度快、安全、不受地形、地貌的阻隔，遙感影像直觀、準(zhǔn)確、信息豐富等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的信息采集方法相比，具有更加方便、快捷方便的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)如今，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛用于土地利用覆蓋變化[49,50]、農(nóng)業(yè)發(fā)展[51]、病蟲(chóng)害防治[52-54]、礦區(qū)調(diào)查[55,56]、考古研究[57,58]等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于科學(xué)研究以及日常的資源調(diào)查已經(jīng)變得必不可少。遙感作為一項(xiàng)高新技術(shù)，以其巨大的優(yōu)勢(shì)在減災(zāi)救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，已成為災(zāi)害預(yù)防、監(jiān)測(cè)、救援和損失評(píng)估等工作中不可或缺的技術(shù)和信息支持手段。但在積累成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)該看到我國(guó)遙感技術(shù)在減災(zāi)救災(zāi)的應(yīng)用中還不夠完善和成熟，同起步較早的發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距。未來(lái)我國(guó)遙感技術(shù)在減災(zāi)救災(zāi)方面的應(yīng)用將向以下幾個(gè)方向發(fā)展：（1）制定統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)范。遙感獲取災(zāi)區(qū)影像具有快速性、廣泛性，能夠及時(shí)反映災(zāi)區(qū)現(xiàn)狀，但是對(duì)于非遙感專(zhuān)業(yè)的人來(lái)說(shuō)，掌握遙感影像所反映的信息會(huì)有相當(dāng)大的難度。因此，組織遙感方面的專(zhuān)家制定科學(xué)、統(tǒng)一的遙感技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保災(zāi)害信息的準(zhǔn)確表達(dá)，是提高遙感信息在減災(zāi)救災(zāi)工作中實(shí)用價(jià)值的重要途徑。建立并完善國(guó)家級(jí)的遙感災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估體系將是我國(guó)應(yīng)對(duì)大型突發(fā)性災(zāi)害的可靠保證。（2）加強(qiáng)遙感數(shù)據(jù)獲取的能力。我國(guó)遙感技術(shù)發(fā)展較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)相比，我國(guó)的遙感技術(shù)還不太成熟。加強(qiáng)應(yīng)急救災(zāi)信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，推動(dòng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)的遙感信息共享合作；構(gòu)建屬于自己的災(zāi)害衛(wèi)星星座系統(tǒng)，建立穩(wěn)定可靠的遙感數(shù)據(jù)來(lái)源，以提升自身數(shù)據(jù)獲取能力，是遙感在減災(zāi)救災(zāi)工作中發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)的數(shù)據(jù)保障。（3）提高遙感數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性。遙感資料數(shù)據(jù)量大、信息豐富，但是一定程度上影響了數(shù)據(jù)處理的速度。然而在大型災(zāi)難發(fā)生時(shí)，時(shí)間就是生命。因此，研究快速、高效、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理方法和技術(shù)，在保證信息質(zhì)量的同時(shí)大幅提高數(shù)據(jù)處理的效率，也是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。主要參考文獻(xiàn)[1] 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