基于三維的地質災害遙感解譯標志管理系統設計與實現

烏云其其格，馬維峰，張時忠，唐湘丹，劉文婷

(1.中國地質大學研究生院，武漢 430074;2.中國地質大學地球科學學院，武漢 430074;3.武漢地大信息工程有限公司，武漢 430074)

基于三維的地質災害遙感解譯標志管理系統設計與實現

烏云其其格1，2，馬維峰2，張時忠2，唐湘丹3，劉文婷3

(1.中國地質大學研究生院，武漢 430074;2.中國地質大學地球科學學院，武漢 430074;3.武漢地大信息工程有限公司，武漢 430074)

總結了滑坡、泥石流地質災害解譯標志的內容和特點，建立了解譯標志的數據模型和數據庫，并對地質災害的解譯標志信息進行編碼，研制了基于Virtual Globe三維環境的地質災害解譯標志管理系統。該系統對有效存儲管理地質災害解譯標志，提高地質災害遙感解譯的工作效率具有重要價值。

Virtual Globe;地質災害;遙感;解譯標志

0 引言

地質災害日益嚴重及防災減災工作的重要性，使利用遙感技術開展區域地質災害的調查工作成為遙感技術發展的必然趨勢［1］。利用遙感技術調查地質災害能很大程度地排除人為因素干擾，節省人力、物力、財力和時間，具有很高的社會和經濟效益。

近年來，遙感技術廣泛應用于地質災害調查工作中，但發展還不完全成熟，還存在兩方面的主要問題:首先，大多數地質災害的解譯還是以目視解譯或人機交互式解譯為主，視覺效果的好壞將直接影響應用的效率和重現性;其次，目前還沒有建立規范的、完整的解譯標志數據庫，降低了解譯工作的精度。如何能更有效地提高解譯結果的精度，增強理解效果，在得到大量數據后將解譯信息有效利用是當前遙感地質解譯工作的主要問題。

針對上述問題，本文結合目前三維可視化、虛擬實現技術的發展，總結了幾種典型地質災害的解譯標志，建立了解譯標志數據模型和數據庫，研制了基于三維GIS的地質災害解譯標志管理系統，在三維可視化虛擬地球中對各種地質災害的遙感解譯標志進行有效的存儲和管理。這些研究提升了對遙感圖像數據信息的深度挖掘與利用，突破了基于二維圖像解譯的表現形式，改變了傳統遙感地質解譯的思維方式，能夠有效提高地質災害遙感解譯的工作效率。

1 基于三維的地質災害遙感解譯標志

基于三維的地質災害解譯標志內容包括地形、地貌、剖面形態等。

1.1 滑坡解譯標志

滑坡一般具有明顯的遙感影像特征，在圖像上，新滑坡的滑坡體通常呈較均勻的灰白色，老滑坡體則呈較均勻的深綠色調等特征。表1中總結了滑坡的解譯標志特征。三維技術的應用對識別地形地貌、活動構造、滑坡壁、滑坡臺階、坡度及剖面形態具有重要價值。

表1 滑坡解譯標志Tab.1 The interpretation marks of landslide

(續表)

1.2 泥石流解譯標志

在遙感圖像上，泥石流溝的形成區、流通區和堆積區一般都能取得較好的解譯效果。但由于泥石流溝的形成多受地層巖性、斷裂構造控制和人類活動改造等因素的影響，并不完全具備理論上的分區特征，因此解譯時應結合泥石流發育的背景和影像特征綜合解譯泥石流。泥石流解譯標志特征如表2所示。

表2 泥石流解譯標志Tab.2 The interpretation marks of debris

2 解譯標志數據模型建設

2.1 解譯標志數據模型建設

地質災害解譯標志數據模型的研究是地質災害解譯標志數據庫研究的基礎。本文在分析地質災害解譯標志的內容和數據特征的基礎上，應用關系數據理論建立了地質災害解譯標志數據模型。解譯標志的所有數據被存放在一系列具有唯一標識碼、相互關聯的關系數據表中。

如圖1所示，在表格“InterpretingMarks”中存儲了單個解譯標志的記錄，其中“DisasterTypeID”字段是記錄災害類型的代碼。由于在界面中人們輸入的總是災害類型而不是災害類型的代碼，我們又加了個表格叫“DisasterType”，“InterpretingMarks”表格的“DisasterTypeID”字段和“DisasterType”表格關聯起來。“Landslide”表格是記錄滑坡災害要素的。由于在解譯標志表格中只存儲了災害要素的ID，根據災害要素的ID號的最高位數字來決定跟哪個表格發生關聯，如災害要素的 ID號為 101，則表示跟“Landslide”表格關聯(如圖1)。

圖1 地質災害解譯標志數據模型Fig.1 Data model of geological disaster marks

2.2 解譯標志數據庫建設

解譯標志的數據庫主要保存系統相關的空間、屬性和文件數據，以及相關的解譯成果、系統運行生產的結果數據。解譯標志數據庫的建設主要是依據三維遙感解譯數據模型，應用關系數據模型的理論進行數據庫模式設計(圖2)。數據庫主要包括災害類型、單個解譯標志、地貌分類單元、地形、地質構造和災害要素等信息。這些信息在數據庫中分別存儲在具有唯一命名的數據表中，包含了相關內容的解譯標志數據屬性和元數據記錄。

圖2 數據庫模式設計Fig.2 The design of database schema

解譯標志數據庫主要包括“單個解譯標志”、“災害類型”、“地質構造”、“地形”、“地貌單元”等表格，每個表格中包含的具體內容見圖2，“滑坡”、“泥石流”、“崩塌”、“地面沉降”、“地面塌陷”等表格中分別存儲各類地質災害的災害要素信息。

2.3 解譯標志的編碼

根據地質災害的位置、災害類型等特征，對地質災害的解譯標志進行編碼。在數據庫中存儲的解譯標志編號由16位數字組成，其中前9位是地質災害所在地方的行政編號，接下來5位數由3位數災害點編號和2位數的災害體編號組成，最后2位是災害類型的代碼，如“01”表示滑坡、“02”表示泥石流等。例如，編號“5401000010010001”表示地理位置在西藏自治區拉薩市薩哈的滑坡。

3 系統實現

結合以上數據模型和數據庫模型的建設，選用三維地理信息系統平臺 iTelluro［6］，建立了地質災害解譯標志管理系統。

在三維環境中，可以清楚地看到地質災害的解譯標志特征(圖3)。在圖3(左)上可以看出滑坡影像的整體紋理比較雜亂，整體色調比較淺，房屋植被排列不規則，有面積不等的裸露面分布、滑坡舌的輪廓明顯(圖像西北角)、坡度體較周圍山體平緩等特征。在圖3(右)中可以看到泥石流的解譯標志特征，如植被覆蓋比較差、沖積扇的形狀明顯、下游水系的顏色由于污染色調比其他地方深、沖溝下面已經有了小規模的沖積物(如圖中紅色虛線圍限部分)、流通區長而崎嶇的溝谷呈線狀分布等。

圖3 滑坡(左)、泥石流(右)解譯標志特征Fig.3 Marks feature of landslide(left)and debris(right)

地質災害解譯標志管理系統通過三維環境下不同空間、屬性數據交互可視化，建立解譯標志，交互標繪解譯目標，包括點、線、面的基本編輯功能，可對地質災害解譯標志進行查詢、編輯、定位、輸出、統計報表、檢索與管理。該系統還具有解譯標志增刪改、瀏覽等功能。

圖4為滑坡解譯標志的管理系統界面。在這個界面上可以新增一個解譯標志記錄，可以刪除原有記錄，也可以修改原有的記錄;在界面上經緯度對應的textbox中如果存在有效的經緯度值，當某個解譯標志的對象被選中的時候會自動定位到相應的經緯度上;點擊“W”按鈕能將解譯標志內容導出到自己命名的word文件中，以便相應的工作人員能夠隨身攜帶及查閱，導出的word中包含了對應解譯標志的圖像信息;同時在這個界面上可以對所有解譯標志根據關鍵字進行模糊查詢。

圖4 基于Virtual Globe的解譯標志管理系統界面Fig.4 Interpreting marks management system for geological disasters based on Virtual Globe

4 結論

1)總結了滑坡和泥石流的解譯標志，根據其解譯標志的內容和特征，應用關系數據模型建立了地質災害解譯標志數據模型。依據三維遙感解譯數據模型，應用關系數據模型理論和SQL Server 2008，設計建設了地質災害解譯標志數據庫數據庫。開發了地質災害解譯標志管理系統。

2)基于Virtual Globe的地質災害遙感解譯標志管理系統的實現，為解決基于三維遙感的地質災害遙感解譯標志的有效存儲、規范管理和信息共享具有重要意義，從而為提高地質災害調查、監測及防治中遙感解譯工作的效率提供有力支持。

［1］張景華，張建龍，歐陽淵.遙感技術在石棉縣地質災害調查中的應用［J］.地質災害與環境保護，2011，22(1):92 －96.

［2］王治華.滑坡、泥石流遙感回顧與新技術展望［J］.國土資源遙感，1999(3):10 －15，39.

［3］江 濤.遙感影像解譯標志庫的建立和應用［J］.地理空間信息，2010，8(5):31 －33.

［4］程 飛.遙感在區域構造分析中的應用研究［D］.北京:中國地質大學，2003.

［5］武麗娟.金沙江上游區域地質災害遙感解譯與GIS分析［D］.北京:中國地質大學(北京)，2007.

［6］馬維峰.面向Virtual Globe的異構多源空間信息系統體系結構與關鍵技術［D］.北京:中國地質大學，2008.

［7］蘇 航.談遙感像片用于地質解譯及地質制圖的方法［J］.西部探礦工程，2002(S1):514 －515.

The Design and Dvelopment of the Interpreting Marks Management System for Geological Disasters Based on 3D

Wuyunqiqige1，2，MA Wei－ feng2，ZHANG Shi－ zhong2，TANG Xiang － dan3，LIU Wen － ting3
(1.Graduate School of China University of Geosciences，Wuhan 430074，China;2.Faculty of Earth Sciences，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China;3.Wuhan Infoearth Information Co，Ltd，Wuhan 430074，China)

Remote sensing has become an important technical means and method in the survey of geological disasters.This paper summarized the interpretation mark features of landslide and debris flow，built the data model of geological disaster marks and database，coded the geological disaster marks，and finally developed the management system of interpretation marks on geological disaster based on Virtual Globe.This system is valuable in effective storage and management of geological disaster interpretation marks and in improvement of the efficiency of remote sensing interpreting task.

Virtual Globe;geological disaster;remote sensing;interpretation marks

P 208

A

1001－070X(2012)02－0148－04

烏云其其格(1987－)，女，中國地質大學(武漢)在讀碩士研究生，主要研究方向為地理信息系統。

馬維峰(1976－)，男，博士，講師，主要研究方向為地理信息系統，Email:ma.weifeng@qq.com。

(責任編輯:李 瑜)

10.6046/gtzyyg.2012.02.27

2011－07－14;

2011－09－23

高分辨率對地觀測系統重大專項(項目編號:E0202/1112/DK03)及中國地調局三維虛擬環境下的地質災害遙感解譯平臺研究項目(項目編號:1212011120218)聯合資助。