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遥感技术在地质灾害的应用

遥感技术在地质灾害中的应用
摘要：遥感技术的特点及其快速发展，已使遥感技术广泛地应用于地质灾害的监测、调查与评估中。地质灾害的日益严重，应用遥感技术对地质灾害的监测和评估是极其必要的，也是当代高新技术发展的必然趋势。遥感技术可以贯穿于地质灾害监测、预警、调查、评估的全过程。
关键词：地质灾害 监测与评估 遥感技术
1 引言
近些年来，航空航天遥感技术迅猛发展，并广泛应用于各种地质灾害的监测与评估中。在国外，欧盟各国在大量滑坡、泥石流等地质灾害的遥感调查基础上，对遥感技术方法进行了系统总结，指出了识别不同规模、不同亮度或对比度的滑坡和泥石流所需的遥感图像的空间分辨率，并利用GPS测量及雷达数据，监测地质灾害可能达到的程度。目前，我国在利用遥感技术开展地质灾害调查方面，也摸索了一套较为合理有效的地质灾害遥感调查方法，即利用遥感信息源，以目视解译为主，计算机图像处理为辅，将重点区遥感解译成果与现场验证相结合，并利用其它非遥感资料，综合分析，得出可靠的分析调查结果。充分利用航天航空、差分干涉雷达和全球定位系统等遥感技术进行地质灾害监测并灾后评估，是遥感技术在地质灾害监测应用中的必然发展趋势。
2 地质灾害遥感监测与评估的必要性
据不完全统计，全球发展中国家每年由地质灾害造成的经济损失，达到了国民生产总值的5％以上。在我国灾害及其所导致的环境问题中，据估计由地质灾害造成的损失约占整个灾害损失的35％。可见，利用遥感技术加大对地质灾害调查、监测、防治和灾情评估，已成为刻不容缓的任务。地质灾害多发于暴雨天气，常具有突发性特点。这种在暴雨恶劣天气下突发的地质灾害，若用传统的调查方法，不仅因为大面积调查难以做到实时性，也难以保证真实性和准确性。遥感对地观测技术具有时效性好、宏观性强、信息量丰富等特点。卫星遥感中的“星载雷达技术”具有穿透云雨特点，不受天气条件影响，可以实时而准确的开展突发性地质灾害状况调查，为抢灾与救灾工作提供准确资料。
3 地质灾害遥感监测与评估的可行性
3.1遥感调查地质灾害的技术经验积累
国内外遥感调查地质灾害的技术方法，已基本形成了规范化的技术流程，在地质灾害遥感判读、分类及制作相应的图像方面都取得了较成熟的经验。能够对地质灾害进行系统的遥感解译，并进行滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害分区与定量的灾情等级评估，从宏观上进行致灾成因分析和发展趋势预测。目前我国的地质工作者已掌握了各类地质灾害的遥感影像特征，并具备了较成熟的目视解译地质灾害的方法技术，累积了必要的实践经验，为遥感技术更加广泛地应用于地质灾害调查与研究奠定了基础。

3.2遥感技术特点为有效地进行地质灾害监测和评估提供了可能
一般情况下，岩性脆弱、构造发育、植被稀疏、地形陡峻的地段，在强降水过程中容易发生地质灾害。遥感技术具有全天候、准确性，不仅能有效地监测预报天气状况进行地质灾害预警，研究查明不同地质地貌背景下地质灾害隐患区段，同时对突发性地质灾害也能进行实时或准实时的灾情调查、动态监测和损失评估。因此，遥感技术在地质灾害调查中必将发挥非常重要的作用。
3.3遥感技术的快速发展为地质灾害调查提供了强有力技术支持
世界卫星技术的发展，米级甚至分米级的卫星图像为直接监测和区分地物提供了可能性。另外，GPS技术大大改进了滑坡、泥石流等地质灾害调查中的定位工作，美国和俄罗斯都有全球定位系统，其提供数据的差分精度可达毫米级。我国的基础地理框架工作也取得了长足进步，l：l 000 000比例尺的全国数字地图已进入Internet，l：250 000全国数字地图也已完成，部份重点地区的1：50 000基础1：10 000的数字地图制作工作也初具规模。这些基础数据对实现地质灾害遥感调查新技术提供了有力的支撑。
4 地质灾害监测与评估中的关键遥感技术
目前地质灾害研究中的关键遥感技术包括光学遥感和微波遥感技术。光学遥感又包括高光谱分辨率遥感和高空间分辨率遥感。这三大遥感技术也将是今后一段时间的主要遥感技术系统。
4.1高光谱分辨率遥感
高光谱分辨率遥感是在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。
高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。
国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 Landsat-MSS，TM，法国的SPOT等;而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感;随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到λ/1000时，遥感即进入超高光谱阶段。
4.2高空间分辨率遥感
高空间分辨率是一个相对的概念，会随着技术的发展不断的变换标准，比如现在，米级（亚米级）的遥感数据可以成为高空间分辨率数据。未来可能厘米级的数据才可以成为高空间分辨率。
高空间分辨率的第一个特点就是分辨率高，对地面物体的辨别能力强；其次是数据量较大，单幅影像覆盖面积较小；还有就是虽然分辨率提高了，可以更直观的体现现实地表情况，但分类提取难度加大。

4.3微波遥感技术
微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物,提取地物所需的信息。
常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。其中又细分为K、X、G、C、S、Ls、L等波段。微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。
微波遥感的突出优点是具全天候工作能力，不受云、雨、雾的影响，可在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，以获得近地面以下的信息。广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。
微波雷达可探测出目的物体的较细节的特征，通过对比数据库，可以分析出目标到底是什么。
5 三大遥感技术在地质灾害调查不同阶段中的应用
随着遥感技术理论的逐步完善和遥感图像空间分辨率、时间分辨率与波谱分辨率的不断提高，遥感技术在地质灾害预警与监测、实时调查、评估与灾后重建等方面正发挥越来越大和不可替代的作用。
5.1 地质灾害监测与预警
地质灾害的监测与预警是地质灾害研究中极其重要的环节，利用遥感技术获取地质体的多时相遥感数据，为准确的对灾害发生时间和其危险性做出合理评估提供数据。合理的地质灾害监测与预警可以极大减少地质灾害带来的经济财产损失，为有效地阻止防灾活动争取时间。
在灾害预警阶段主要用到的遥感技术是高分辨率遥感解译和工程地质相结合的方法和多光谱遥感地物识别的技术。高分辨率遥感解译和工程地质相结合的方法是根据影像图上的信息和地质资料解译出滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害的分布图，并对他们的危险性进行评价。高光谱遥感技术是先找到已发生灾害区域的岩性特征，在根据这些特征判断出其他的危险区域，达到预警的目的。
5.2地质灾害的实时调查
地质灾害发生后，对其进行实时调查，及时了解灾害造成的破坏情况为救援以及防灾工作提供参考依据。
地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无论是滑坡、崩塌、泥石流等灾害个体，还是由它们组合形成的灾害群体，在遥感图像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别。用灾害发生前的高分辨率遥感影像信息于发生后的高分辨率影像数据进行比较。可以对目标区域内已经发生的地质灾害点进行系统全面的调查，查明其分布、规模、发育特点、发展趋势以及危害性和影响因素。在此基础上进行地质灾害区划，为防治地质灾害隐患，建立地质灾害监测网络提供基础资料并为灾情报告、灾情的损失评估、救灾减灾决策等提供快速而准确的参考依据。
利用高分辨率遥感数据对于地质灾害进行实时调查，具有周期短，精度高等特点，尤其是在救灾人员难以到达进行勘探的地区，遥感数据的获得与应用越来越受到重视。
5.3地质灾害的评估与灾后重建
灾害评估是救灾工作的一项重要工作内容，科学的灾害评估是有效救灾的基础和条件。应用遥感技术进行灾害评估主要集中在灾中实时评估和灾后恢复重建评估两个阶段。评估的内容包括：受灾面积、农作物受灾面积、灾情等级、救灾路线选择评估等方面，主要表达形式包括受灾面积图、农作物受灾面积图、灾情等级图以及灾情遥感评估报告等。
灾害评价过程中用到的是遥感影像变化区域检测技术。利用未受灾和成灾后的影像数据，准确地查明灾区受损情况，如农作物、住房、工矿企业和道路破坏程度、数量与分布状况等，以便及时组织救灾、恢复生产、重建家园。
地质灾害发生后，需要尽快的完成重新的实施科学规划。对受灾区域地质情况的了解是进行科学规划的基础。由于地质灾害发生后受灾区域的地质情况会有不同程度的变化，现有的地质勘测数据不能够使用，需要对受灾地区进行重新勘测。若是采用传统的人工勘测方式，将会花费更长的时间去对这些地质的变化情况进行彻底摸底调查，不能实现灾区快速重建，不能使灾民尽快回到正常的生活中。利用遥感技术，可以快速的确定受灾地区地质的变化情况，或者纠正以前的规划中存在的失误。根据遥感数据的监测评估结果，同时结合国家政策的总体规划与地方的具体实施方案，为灾后重建科学规划提供宏观信息支持。
6遥感技术调查地质灾害的内容
6.1遥感技术对地质灾害动态监测与预警
地质灾害的发生是缓慢蠕动的地质体(如滑坡体等）从量变到质变的过程。一般情况下，地质灾害体的蠕动速率是很小而且稳定的，当突然增大时预示着灾害的即将到来。由于全球卫星定位系统的差分精度达毫米级，可以满足对蠕动灾体监测的精度要求。因此，利用卫星定位系统可以全过程地进行地质灾害的预测、预报甚至临报和警报。
6.2遥感技术能够调查与研究的孕灾背景
利用遥感技术有效地调查研究地质灾害孕灾背景，是地质灾害调查中最基础而又最晕要的工作内容。地质灾害的孕灾背景主要有：①时日降水量；②多年平均降水量：③地面坡度：@松散堆积物的厚度及分布；⑤构造发育程度(控制岩石破碎程度和稳定性)：@植被发育状况：⑦岩土体结构(反映岩土体抗侵蚀、破碎的能力)；⑨人类工程活动程度。由于气象卫星可以实时监测降雨强度与降水量，陆地资源卫星不仅具有全面系统的调查地表地物的能力，其红外波段及微波波段还具有调查分析地下浅部地物特征的作用。因此，在上述8种孕灾背景中，第(D--与第②种可通过气象卫星与地面水文观测站调查统计，其它因素可通过陆地资源卫星并结合适当的实地踏勘资料得以查明。
6.3遥感技术在地质灾害现状调查与区划方面的作用
地质灾害作为一种特殊的不良地质现象，无论是滑坡、崩塌、泥石流等灾害个体，还是由它们组合形成的灾害群体，在遥感图像上呈现的形态、色调、影纹结构等均与周围背景存在一定的区别。因此，对崩、滑、泥等地质灾害的规模、形态特征及孕育特征，均能从遥感影像上直接判读圈定。由此，通过地质灾害遥感解译，可以对目标区域内已经发生的地质灾害点和地质灾害隐患点进行系统全面的调查，查明其分布、规模、形成原因、发育特点、发展趋势以及危害性和影响因素。在此基础E进行地质灾害区划，划分地质灾害易发区域，评价易发程度，为防治地质灾害隐患，建立地质灾害监测网络提供基础资料。
6.4遥感技术对灾情实时调查与损失评估提供可靠的技术手段
地质灾害的破坏包括人员与牲畜伤亡。村庄、工矿、交通下线、桥梁、水工建筑等财产损失以及土地、森林、水域等自然资源的毁坏。利用遥感技术进行地质灾害调查，除人员与牲畜伤亡难以统计外，高分辨率的遥感影像对工程设施和自然资源的毁坏情况均可进行实时或准实时的调查与评估。
7 结束语
遥感技术是一门新兴的高新技术手段，利用遥感技术开展地质灾害调查不仅是必要的，而且是可行的。遥感技术可以贯穿于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程。随着遥感技术理论的逐步完善和遥感图像空间分辨率、时间分辨率与波谱分辨率的不断提高，遥感技术必将成为地质灾害及其孕灾环境宏观调查以及灾体动态监测和灾情损失评估中不可缺少的手段之一。

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