遙感技術在中原城市群地質災害危險性區劃中的應用

陳廣東，王繼華，田君慧（河南省地質環境監測院，河南省鄭州市450016）

遙感技術在中原城市群地質災害危險性區劃中的應用

陳廣東，王繼華，田君慧（河南省地質環境監測院，河南省鄭州市450016）

利用遙感技術提取地質災害地質環境背景信息，可以對大多數地質環境因素進行量化，以便于進行地質災害危險性的定量化評價。本次研究結合數字高程模型和ETM+遙感圖像，進行地形地貌、土地利用類型、植被覆蓋度等地質條件的提取，在中原城市群地質災害風險區劃工作中得到成功應用。

遙感技術；地質災害；中原城市群

引言

現代遙感技術能夠提供廣闊的圖像視野、逼真的影像以及豐富的信息，將其應用在地質災害的調查當中，能夠在宏觀上進行地質災害的直觀且全面的動態分析與解譯，因此對地質災害的規模與分布認識能夠進行定量，能加快調查進度，節省測繪所需要進行的工作量，并提高測繪的精度。遙感具有大面積同步觀測、時效性強，綜合性高、可比性大等特點，并且還能節省大量的人力物力。其中，綜合處理之后的多源多時相數據，不但能覆蓋較大的研究區域，而且其高分辨率特性還能滿足對單個災害體的調查，同時還能進行不同時相數據之間的對比，完成動態監測，是一種有效的區域地質災害調查方法[1～2]。

遙感圖像中具有相當豐富的地理及地質信息，綜合分析、解譯與對比多波段遙感圖像并且與數字圖像處理技術相結合，從而能夠進行遙感圖像的增強、融合、變換等進一步處理，兩者的結合處理能夠對地質災害時所處的環境進行更加有效的識別與獲取，因此遙感技術能夠彌補傳統方式中收集大范圍內地質災害的環境資料、評價資料等方面的難題。

1 ETM+遙感影像

Landsat 7衛星發射于1999年，上面搭設了Enhanced Thematic Mapper Plus（ETM+）設備，ETM+能夠感應出地表所反射回來的太陽輻射和以及地球生物自身散發的熱輻射，感應器共有8個波段，將可見光至紅外光等不同波長的光都覆蓋在內，ETM+的具體參數如表1。

表1 ETM+參數及各波段用途

根據中原城市群的范圍（東經111°8′～115°15′，北緯33°8′～35°50′），確定共采用陸地衛星ETM+數據8景，見表2，圖1。

表2 ETM+衛星數據一覽表

圖1 中原城市群遙感影像圖（543波段合成）

2 數字高程模型DEM的生成

數字高程模型即Digital Elevation Model，簡稱為DEM，它是模擬的曲面，依據為投影平面上的平面坐標（X，Y）及高程（Z）的數據集。DEM將地表的變化起伏通過縮微的形式進行重現，能夠更加精確、直觀、形象的觀察地表起伏情況。DEM的的網格和高程的精度相匹配，從而形成規則的網格。

多種方法都能夠形成DEM。一般就數據的采集方式與數據來源上來說有以下幾種方式：

（1）可以采用全站儀、GPS等方式直接在地面上進行測量。

（2）通過航天或是航空影像等途徑獲取DEM所需數據。空三加密法、立體坐標儀觀測、解析測圖儀采集法等都是常用的方式。

（3）在現有的地形圖基礎上進行數據的采集，可以采用的方式有掃描儀半自動采集、格網讀點等。

中原城市群區域范圍較大，因此地面測量的方式難以將城市群區域全部覆蓋。所以綜合考慮來看第二種方式較為合適。根據遙感技術所得到的數據（SRTM數據）進行分析從而得出DEM圖（如圖2）。

3 遙感解譯

通過遙感技術進行地質災害發生時所處地質環境等條件的提取，不僅能夠得出將地質災害進行定性評價的地質環境條件，而且能夠量化大部分的地質條件，能夠更好的進行地質災害的定量評價。本次研究將ETM+遙感圖像于數字高程模型結合起來，提取出植被覆蓋度、土地利用類型以及地形地貌等條件。

圖2 中原城市群DEM圖

3.1 地形地貌

重力間接或者直接作用下所導致的地質災害如滑坡、崩塌、泥石流等情況，影響其發育的重要因素之一便是地形地貌。雖然通過遙感圖像能夠十分容易的劃分出地貌單元，但是不容易將地質災害進行量化評價，地質災害的評價模型一般通過地形的坡向與坡度進行地形地貌的表征，重力導致的地質災害中重要條件之一便是坡度，同時它也是描述地形地貌的重要參數之一，而坡向則是劃分婆體結構的重要因素，劃分主要通過與巖體結構產狀等相結合來進行的。

地形的坡度和坡向能夠作為地質災害的評價因子，代替傳統的地形地貌數據。并且通過GIS軟件結合數字高程模型（DEM）便能夠得到等高線圖與地形坡度，如圖3～4所示。

圖3 城市群坡度圖

圖4 中原城市群等高線圖（局部）

3.2 等高線

利用DEM在GIS中提取出城市群的等高線圖如圖4。

3.3 植被覆蓋度

植被的覆蓋情況與地質災害的發生關系密切。在植被遙感中，NDVI（Normalization Difference Vegetation Index）的應用最為廣泛。NDVI是反映植被覆蓋度以及生長狀態及的最佳指示因子。眾多國內外的研究都表明了NDVI與植被覆蓋度，綠色生物量以及光合作用等參數有緊密的關系。NDVI的變化曲線能夠反映出人為活動以及季節更替等自然環境的變化；因此NDVI被公認為能夠監測某一地區的生態環境或是植被變化的重要指標。經過比值處理后，NDVI能夠消除部分與太陽高度角，衛星觀測，地形，云/陰影等的影響。

如果土壤背景發生變化，NDVI能夠十分敏感的感應出來，并且能夠大大消除群落結構陰影與地形對土壤背景的影響，而且還大大削弱了大氣所造成的干擾，因而提高了監測植被覆蓋度的靈敏度，因此NDVI可以說是生態環境監測的重要指標。對于陸地表面主要覆蓋層而言，云、水、雪等覆蓋層在可見光波段的反射作用比近紅外波段高，因而其NDVI值為負值；巖石、裸土在兩波段有相似的反射作用，因而其NDVI值近于0；而在有植被覆蓋的情況下，NDVI為正值，且隨植被覆蓋度的增大而增大。

利用ETM+數據，進行歸一化差值計算，求取植被指數NDVI，計算公式為：

式中：DNNIR為近紅外波段地表反射率；DNR為可見光紅波段地表反射率。根據植被指數換算植被覆蓋率，計算結果見圖5。

圖5 中原城市群植被覆蓋度分布圖

4 結論

綜合運用遙感影像對中原城市群地形地貌、植被等自然環境因素進行了初步分析。結果表明，采用新一代高清晰遙感圖像可以準確實時刻畫地表環境特征，為區域性地質災害危險性區劃提供詳實的數據基礎。

大量遙感信息的有效利用是解決遙感技術與地理信息系統相結合的關鍵。地理信息系統中存貯的信息只是現實世界的一個靜態模型，需要定時、及時的更新。遙感作為一種獲取和更新空間數據的強有力手段，能及時地提供準確、綜合和大范圍內進行動態監測的各種資源與環境數據，因此遙感信息就成為地理信息系統十分重要的信息源。兩者的有效結合，將為地質災害監測、評價和防治工作提供強有力的技術支撐。

[1]鐘 頤，余德清.遙感在地質災害調查中的應用及前景探討.中國地質災害與防治學報，2004，15（1）：134～136.

[2]V.Singhroy.Sar integrated techniques for geo-hazard assessment，Advances in Space Research，1995，15(11)：67～78.

[3]宋 楊.利用多時相遙感影像與DEM數據的滑坡災害調查—以新灘地區為例，安徽師范大學學報（自然科學版），2006，29（3）.

P694

A

2095-2066（2016）05-0118-02

2016-2-3

陳廣東（1976-），男，工程師，本科，主要從事水工環地質工作。