SPOT 10 m多光譜遙感影像不良地質解譯分析

宋明輝

1 概況

新建鐵路寶雞—蘭州客運專線元龍—郭家鎮段全長100余千米,該區段不良地質滑坡、泥石流極為發育,是約束本段鐵路選線的核心因素。區內不良地質主要發育在第三系泥巖(N)與第四系沖洪積層(Q4)中,屬典型的黃土滑坡區。

工作中采用了法國SPOT 5高分辨率商業衛星數據,空間分辨率10 m,成像時間為2008年6月～12月,并參考了工作區1∶20萬區域地質圖,對遙感影像進行處理和不良地質解譯,解譯的范圍包括線路兩側約5 km的帶狀區域,經過了室內解譯、外業調查驗證、內業修正與成圖3個階段(見圖 1),成圖面積約2 600 km2,最終提供了1∶5萬遙感不良地質解譯圖,為本區段工程地質勘察及線路方案比選提供了重要資料。

2 遙感數據處理

包含本工作區的遙感影像共有4景,首先對影像進行正射校正、空間配準、影像鑲嵌等處理,在圖像處理程序上首先對SPOT 4個波段直方圖進行統計比較,選用信息量豐富、相關性較小的4,1,2三個波段作為進一步處理的主要波段,經過整體線性拉伸、色彩調整、對比度與亮度調整、局部線性拉伸和色彩增強處理,彩色合成方案的選擇上,當對4,1,2波段分別賦予紅、綠、藍三色合成假彩色圖像時,所得到的圖像彩色最為豐富,所含信息量最大,地貌信息突出,尤其滑坡形態明顯,有利于不良地質解譯的進行,然后根據搜集的1∶5萬地形圖對單景遙感影像進行幾何精度糾正,使遙感影像和地形圖具有相同的投影和坐標系統。最后對糾正好的影像進行鑲嵌、裁切、整體勻色處理等工作,最終將處理好的假彩色圖像作為遙感不良地質解譯的基礎圖件。

3 不良地質遙感解譯

3.1 建立解譯標志

工作區不良地質體主要以滑坡和泥石流為主,通過對遙感影像及地質資料的分析,總結出本區遙感影像中滑坡、泥石流的解譯標志如下:

1)滑坡、泥石流主要分布于第三系與第四系發育區,第三系泥巖與第四系接觸帶多為滑坡面。2)可見到明顯的圈椅狀滑坡后壁,且后壁形態,規模,厚度各不相同(見圖2)。3)滑坡區的地貌極為紊亂,水系沖溝極為發育,可見到明顯的雙溝同源現象,非滑坡區地貌規整,與滑坡區界線清晰可辨。4)人類活動具有明顯的選擇性,如由于滑坡的存在,梯田的建造具有明顯的不連續性。5)泥石流一般發育在深大溝谷中,溝口可明顯見到洪積扇,迫使河道呈弧形拐彎(見圖3)。6)本區泥石流上游區一般發育大規模的滑坡,成為泥石流物質重要的補給源,即滑坡與泥石流緊密相伴生。

3.2 遙感解譯

根據以上建立的遙感解譯標志,并充分挖掘遙感圖像的色調、紋理、幾何形態、陰影、水系形態等信息,在GIS環境中,對遙感影像進行全面解譯,并遵循先易后難,循序漸進原則:1)由整體到局部,由淺到深;2)由已知到未知,從比較了解的地段入手向較陌生的地段推進;3)先解譯影像清晰部分,后解譯模糊部分;4)先解譯顯露的,后解譯推測的;5)先解譯大型的,后解譯小型的。解譯過程采用目視方法,人機交互的方式進行,目視解譯方法使得解譯過程融入了個人專業知識和專業經驗。解譯過程采用人機交互方式進行,由于不良地質信息的解譯需要在不同尺度下進行(如規模大的需在小比例尺下解譯,規模較小的則需要在大比例尺下解譯),人機交互方式可滿足不同尺度下的解譯要求,可快速、高效地完成解譯工作,另外人機交互解譯成果直接以矢量文件存在,便于隨時修改,也為下一步的成果轉繪提供了方便。

3.3 外業調查驗證

該區段遙感圖像反映的地質信息相對比較清晰,解譯標志明顯,尤其是對大中型滑坡的解譯有很高的準確性。由于地質情況在圖像上反映的十分清楚,能夠快速判定重點調查部位和調查路線,大大提高了野外調查工作的目的性和測圖速度,提高了成圖質量。

外業調查驗證時根據室內解譯的初步結果、遙感圖像的反映程度和解譯目標的復雜性,在圖像上反映較清晰、地物標志識別好的地段,以驗證為目的,結合詳細地質觀測,充分發揮了現場地質工作的直觀和遙感技術的優勢,提高了工作速度。路線經過復雜溝谷和不良地質集中發育地區,則通過地質追溯、地質觀測和GPS定位,將觀測到的不良地質現象和地質觀測點準確定位到遙感圖像上,修正了室內解譯存在的謬誤,填補了遺漏的對工程有影響的不良地質現象。觀測中作了大量記錄,測量了不良地質要素數據(寬度、厚度等),對一些地質現象進行了照相。最終以遙感影像為背景圖件,提供了1∶5萬工作區遙感不良地質解譯圖,以指導下階段的工程地質勘察及方案比選研究。

4 結語

1)采用SPOT 10 m多光譜遙感數據在寶雞—蘭州客運專線元龍—郭家鎮段進行了遙感不良地質解譯,共解譯滑坡396處,泥石流溝11處,外業驗證后準確率達85%以上,解譯成果可靠,精度較高,可很好地指導常規地面調查工作,從而證明利用SPOT影像解譯西北地區黃土滑坡是可行的。

2)當不良地質約束鐵路選線時,SPOT 10 m多光譜遙感數據是一個最佳選擇,該數據分辨率中等,尺度適中,非常適合進行鐵路預可研階段或初測前大面積的地質調查,可滿足1∶5萬工程地質解譯需求,應大力推廣,普遍應用。

[1] 朱亮璞.遙感地質學[M].北京:地質出版社,1994.

[2] 宋明輝,張占忠.新建鐵路寶雞至蘭州客運專線元龍至郭家鎮段初測前加深地質工作——遙感地質報告[R].西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司,2009.