地災(zāi)遙感圖像識(shí)別技術(shù)研究

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1 地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估研究相關(guān)理論與技術(shù)

地質(zhì)災(zāi)害按成因分自然地質(zhì)災(zāi)害和人為地質(zhì)災(zāi)害；按地質(zhì)體變化的速度，分為突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害與漸變性地質(zhì)災(zāi)害；按發(fā)生區(qū)的地理或地貌特征，可分山地地質(zhì)災(zāi)害和平原地質(zhì)災(zāi)害。它的屬性特征表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

1.1 必然性與可防御性

地質(zhì)災(zāi)害是地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，是伴隨地球運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生并與人類共存的必然現(xiàn)象。然而人類通過研究災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，可以進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)并加以防御，從而盡量避免災(zāi)害造成的損失。

1.2 隨機(jī)性和周期性

1.3 突發(fā)性和漸變性

突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害有驟然發(fā)生、歷時(shí)短、爆發(fā)力強(qiáng)、成災(zāi)快、危害大的特征。漸變性地災(zāi)的危害程度是逐步加重，涉及的范圍一般比較廣，造成的后果和損失比突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害更為嚴(yán)重，但不會(huì)在瞬間摧毀建筑物或造成人員傷亡。

1.4 群發(fā)性和區(qū)域性

地質(zhì)災(zāi)害多以災(zāi)害點(diǎn)、災(zāi)害群的形式發(fā)生。但并不是孤立的，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件、暴雨、地震、地形等條件的制約，具有群發(fā)性和區(qū)域性。與此同時(shí)一次大的自然災(zāi)害還常常誘發(fā)出一連串的次生災(zāi)害，從而形成災(zāi)害鏈。

1.5 復(fù)雜性和嚴(yán)重性

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展有其自身復(fù)雜的規(guī)律。同時(shí)，災(zāi)害的發(fā)生也影響了人類社會(huì)的發(fā)展，大規(guī)模的地質(zhì)環(huán)境惡化經(jīng)常造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1.6 社會(huì)性和迫切性

地質(zhì)災(zāi)害除了會(huì)造成人員傷亡、破壞房屋和交通設(shè)施等，同時(shí)也對(duì)資源環(huán)境、地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成廣泛而又深刻的影響。長(zhǎng)期嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害不僅阻礙了地區(qū)的資源開發(fā)和工程建設(shè)活動(dòng)，也阻礙了地區(qū)脫貧致富、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐[1]。

2 遙感技術(shù)用于地質(zhì)災(zāi)害研究的優(yōu)勢(shì)

遙感是20世紀(jì)60年代蓬勃發(fā)展起來的一門綜合性探測(cè)技術(shù)，是用飛行器作運(yùn)載工具，通過記錄目標(biāo)物體電磁波特性來獲取目標(biāo)物性質(zhì)的一種技術(shù)手段。與傳統(tǒng)獲取目標(biāo)地物的調(diào)查方法相比，遙感具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）大面積同步觀測(cè)。如一景美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat遙感圖像，覆蓋面積為34225km2，我國(guó)高分一號(hào)衛(wèi)星一次成像可以覆蓋64000km2的國(guó)土，從而實(shí)現(xiàn)大面積短時(shí)間同步觀測(cè)。

（2）時(shí)效性。如美國(guó)Landsat-7、法國(guó)SPOT地球資源衛(wèi)星的重訪周期分別為16天和26天，NOAA氣象衛(wèi)星則可以每天2次對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，而FY-2氣象衛(wèi)星甚至可以每半小時(shí)對(duì)地觀測(cè)一次，高景一號(hào)的點(diǎn)重訪周期為1天。這些遙感衛(wèi)星可以針對(duì)不同需要而獲得某些地物的動(dòng)態(tài)變化。

其中用來表示擬合優(yōu)度的為調(diào)整后的判定系數(shù)R方為0.975，這說明有97.5%的影響因素可以由此模型來加以解釋，相應(yīng)的各自變量的系數(shù)顯著性概率值全都小于0.05，所有的T值均大于臨界值T（27-3-1）=2.069，表示結(jié)果在α=0.05的水平上是顯著的。此外，該回歸模型的DW值為1.4，說明隨機(jī)誤差項(xiàng)不存在一階序列相關(guān)；AIC值為-0.63較小意味著滯后階數(shù)較為合適。總體表明所建立的回歸模型比較好。

（3）數(shù)據(jù)綜合性。傳感器可以收集從紫外一直到微波區(qū)域的地物信息，Landsat等所獲得的地物電磁波特性可以綜合反映水體、植被、土壤、巖石等特征并進(jìn)行綜合比較分析。

（4）經(jīng)濟(jì)性。遙感費(fèi)用投入與傳統(tǒng)方法相比，可大大節(jié)省人力和物力，具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（5）準(zhǔn)確性。我國(guó)光學(xué)遙感衛(wèi)星已呈現(xiàn)高空間分辨率、高光譜分辨率和高時(shí)間分辨率的“三高”特征，民用空間分辨率已達(dá)分米級(jí)別。我國(guó)自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已覆蓋全球，定位、導(dǎo)航、高精度授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)能力，更是為地災(zāi)的精確監(jiān)測(cè)提供了必要條件[2]。

3 遙感數(shù)字圖像處理內(nèi)容

為了提高圖像的質(zhì)量，增強(qiáng)并提取人們感興趣的信息，需要進(jìn)行遙感數(shù)字圖像處理。遙感數(shù)字圖像處理的是借助于計(jì)算機(jī)完成的，包括從接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)到用戶提取有用信息的全部作業(yè)，其中包括：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如數(shù)/模轉(zhuǎn)換或模/數(shù)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、正交變換、幾何變換等；數(shù)據(jù)壓縮、圖像分割和圖像鑲嵌；數(shù)據(jù)校正，如幾何校正、輻射校正等；圖像增強(qiáng)，如對(duì)比度變換、修改直方圖增強(qiáng)、圖像的平滑與銳化、空間濾波、比值運(yùn)算、彩色變換、多光譜變換等。

3.1 波段組合

遙感圖像的彩色合成與色度學(xué)中的顏色相加原理密切相關(guān)。根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感圖像的某三個(gè)波段，分別賦予R、G、B三原色，就可以合成彩色圖像。由于原來遙感波段所代表的真實(shí)顏色不同，因此生成的合成色不是地物真實(shí)的顏色，因此這種合成叫作假彩色合成。多波段影像合成時(shí)，方案選擇十分重要，它決定了彩色影像能否顯示較豐富的地物信息。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同目的，選取最易于解譯的組合。

3.2 遙感圖像增強(qiáng)

遙感圖像增強(qiáng)處理的主要著眼點(diǎn)在于改進(jìn)圖像顯示、提高遙感圖像的視覺效果和可解譯性，使遙感應(yīng)用者易于從經(jīng)過增強(qiáng)處理的遙感圖像上獲得所感興趣的有用信息，快速實(shí)現(xiàn)從遙感數(shù)據(jù)向有用信息的轉(zhuǎn)化。遙感圖像增強(qiáng)包括空間增強(qiáng)、輻射增強(qiáng)、光譜增強(qiáng)等。

3.3 遙感圖像幾何糾正

在利用遙感圖像進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)變化特征的研究中，由于數(shù)據(jù)源、成像時(shí)間、投影方式、高度、投影坐標(biāo)系統(tǒng)的不同以及傳感器姿態(tài)的變化等諸多因素的干擾，處于同一地區(qū)的遙感圖像或者其他地理數(shù)據(jù)之間存在幾何畸變，這就需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正和空間配準(zhǔn)。常用的方法有最近鄰點(diǎn)法、雙向線性插值法、三次卷積內(nèi)插法等。

3.4 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志的建立

地質(zhì)災(zāi)害作為一種特殊的不良地質(zhì)現(xiàn)象，在遙感圖像上呈現(xiàn)的形態(tài)、色調(diào)、紋理結(jié)構(gòu)、地形、地貌等均與周圍背景存在一定的區(qū)別。因此，地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模、形態(tài)特征及孕育特征，均能從遙感影像上直接判讀圈定。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃，進(jìn)行評(píng)價(jià)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度預(yù)測(cè)，從而可以為防治地質(zhì)災(zāi)害隱患，建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)資料。

地質(zhì)災(zāi)害是由自然界中多種環(huán)境孕育并在特定誘發(fā)條件（如暴雨、地震）下所致。因此，在解譯之前，首先應(yīng)該對(duì)形成機(jī)理及規(guī)律進(jìn)行研究，建立崩塌災(zāi)害體的解譯標(biāo)志。

通過對(duì)前人相關(guān)研究總結(jié)及地質(zhì)災(zāi)害在研究區(qū)遙感圖像上的特征分析，建立了以下解譯標(biāo)志。

（1）在遙感圖像上新發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害色調(diào)較淺，上陡下緩，崩塌陡崖下方有錐狀堆積地形并伴有堆積體或倒石堆，顯淺色調(diào)，表面坎坷不平，有粗糙感，呈鋸齒狀或花瓣?duì)睢?/p>

（2）地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在地形較陡、巖石堅(jiān)硬、節(jié)理發(fā)育的地區(qū)。一般多分布在溝谷、河流、公路兩側(cè)的陡崖、陡坎或構(gòu)造變形強(qiáng)烈、巖石破碎地帶。

（3）地質(zhì)災(zāi)害以小規(guī)模常見，常常成群、成帶出現(xiàn)。地質(zhì)災(zāi)害體內(nèi)若有水系，則與周圍水系特征截然不同，其形狀有放射狀、鉗狀等。

（4）地質(zhì)災(zāi)害輪廓線明顯，有時(shí)處于遙感圖像的陰影區(qū)，不易識(shí)別。地質(zhì)災(zāi)害的顏色與巖性有關(guān)，但多呈淺色調(diào)或接近灰白，不長(zhǎng)植物，地質(zhì)災(zāi)害體上植被不發(fā)育，僅在老地質(zhì)災(zāi)害堆積體可見零星分布的植被。

3.5 易混淆地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯

地質(zhì)災(zāi)害在遙感影像上的顏色、形態(tài)等特征與其他一些地物容易混淆，在解譯的過程中主要應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

（1）地質(zhì)災(zāi)害與采石場(chǎng)的區(qū)別。一般采石場(chǎng)影像呈均勻的淺色調(diào)，有道路通往采石場(chǎng)，并有小路貫通出坡上下，有時(shí)還能看到采石場(chǎng)附近路邊收方的石堆或石灰窯，甚至還可看到運(yùn)料石的各種車輛。尤其是石灰?guī)r地區(qū)，如發(fā)現(xiàn)附近有石灰窯或水泥廠，則可確定其為采石場(chǎng)。地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)常產(chǎn)生在陡坡上，往往難以到達(dá)。有時(shí)地質(zhì)災(zāi)害處也有道路，道路往往受地質(zhì)災(zāi)害影響而繞彎或中斷。

（2）陰影對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體解譯的影響。有時(shí)地質(zhì)災(zāi)害壁形成陡坎，受光照方向的影響，整個(gè)地質(zhì)災(zāi)害壁和地質(zhì)災(zāi)害體均被陰影所遮蓋，影響地質(zhì)災(zāi)害微地貌的研究，但從其地貌部位和陰影的存在仍可推測(cè)其為地質(zhì)災(zāi)害。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合信息量圖是通過連續(xù)信息量數(shù)值來表示地質(zhì)災(zāi)害在未來發(fā)生的危險(xiǎn)性程度，而人們?cè)谌粘Ｉ钪懈菀捉邮艿氖窍鄬?duì)定性的類別描述，為了更加明顯的區(qū)分研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，并便于直觀反映和為人們所理解，有必要綜合信息量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分級(jí)并通過GIS專題制圖技術(shù)直觀明了地反映出來。

地質(zhì)災(zāi)害一直是威脅人們生命健康和財(cái)產(chǎn)安全的一大難題，隨著人類工程活動(dòng)的日益頻繁，地質(zhì)災(zāi)害更加顯示出頻發(fā)態(tài)勢(shì)。崩塌與滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害相比，雖然其規(guī)模相對(duì)較小，但造成的突發(fā)性傷亡事故卻往往比其他地質(zhì)災(zāi)害更加嚴(yán)重。因此，將研究區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)中，基于遙感大數(shù)據(jù)的應(yīng)急管理空間信息智能提取，可為應(yīng)急指揮保障、應(yīng)急智能決策提供信息支持。