遙感技術在區域地質災害調查中的應用

祁伏成

（1.上海地礦工程勘察有限公司，上海 200072；2.上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

因區域地質災害問題日趨突出，嚴重危害著人們生產生活，隨著北斗技術的快速發展，衛星遙感技術應用，為地質災害調查提供了新的工作思路。利用遙感和GIS技術開展區域地質災害調查和評價工作,具有傳統技術無可比擬的優越性,是當前地質災害研究的熱點和方向[1]。通過不同分辨率的遙感影像數據,獲取地質災害及其發育環境要素信息，運用GIS管理和空間分析功能，建立地質災害資料信息庫，分析地質災害形成和發育的環境地質背景條件，地質災害類型、規模、初步確定重點調查區和一般調查區需要核查、調查、測繪的地質災害點，為地質災害監測分析和預防規劃提供基礎資料和理論依據[2]。高空間分辨率衛星遙感技術應用于地質災害調查評價，在災害形態特征、堆積體結構、成災范圍等方面，相對于傳統野外考察等手段具有無比的優勢[3]；隨著無人機技術快速，無人機遙感技術在復雜地質環境條件崩塌地質調查中，具有高效率、高質量、全視角等技術特點，可直接提取地形地貌、地層特性、塊體運動軌跡等基本特征，為地質災害防治提供科學依據。本文以區域崩塌地質災害為研究背景，分析遙感技術在立體三維空間信息采集、崩塌災害特征識別、遙感影像比對分析及歷史災情調查等方面綜合災害調查應用效果，進一步探討遙感空間數據庫為地質災害調查長效管理中的應用，為地質災害專業管控提供借鑒。

1 區域調查條件

1.1 地質災害背景

研究區域地勢相對平坦，地表以下多為厚達200m～320m的松散沉積物，屬典型海陸交互相沉積的軟土地區，緩變形地面沉降地質災害長期存在。

近年來，突發地面塌陷和局部山體崩塌災害也時有發生。自2003年起，區域地面塌陷事故發生多達近百起；2018年凌晨，松江礦坑巖壁發生近200m3范圍的崩塌災害，區域地質環境安全形勢嚴峻。

西南部松江區域分布有12座基巖裸露殘丘，山體較為陡峭，距離人類居住生活區較近，且山體延伸帶區域早期石料下挖開采，形成多座、面廣、壁陡、水深的采石坑，在強降水作用以及風化侵蝕，人為活動影響下，存在山體邊坡坍塌或者小范圍崩塌隱患。

1.2 區域地質環境條件

區域地貌單元屬于太湖堆積平原區，僅有少量剝蝕殘丘零星分布，山丘總面積僅約2.4平方公里，而大片的基巖隱伏地下。西部松江地區有12座山丘，為侏羅紀火山噴發形成，呈北東—南西向串珠狀分布，海拔高程23m～98m。山下地形平坦，河網密布，地面標高大多為2.8m～3.2m。

據物探解譯推斷，研究區域可能存在區域性的青浦-龍華北東東向斷裂，構成火山盆地的北部邊界，系火山巖區中部位置的一個斷面，熔巖流表面氣孔發育，巖性以安山巖為主，局部有柱狀節理，傾角一般80°左右。1950年，人為活動影響形成7座深大采石坑，關于采石坑巖壁崩塌災害問題，已在無人測繪技術的松江采石坑環境調查中詳盡闡述。

2 遙感技術在地質災害調查中的應用

遙感在地質災害(崩塌、滑坡,泥石流)識別方面，較常規方法有明顯的優勢，能快速提供大面積地區的位置、分布、范圍、規模、類型、發育環境等數據和圖件，了解它們的動態變化及發展趨勢，這些信息為工程災害評價及滑坡,泥石流防治工作提供了全面可靠的依據。

在地質災害調查過程中，合理運用遙感技術基于空間定位法以數字影像技術獲取土地覆蓋情況、災害引起的變化以及地質結構等數據信息，進而全面分析、評估地質災害的調查內容，有效預防地質災害，以便達到減少經濟損失和人員傷亡的目的。

2.1 基于空間結構采集信息

基于遙感RS技術為核心，結合GNSS技術和GIS技術形成完整測繪監測系統，全天候、多時相數據采集，利用孔徑雷達干涉（InSAR）技術處理獲取河流、高山、礦坑等矢量化地形影像，提取災害危巖體特征及危險區域，對三維空間數據解譯分析，充分掌握區域地質災害致災因素與孕災條件，達到地質災害早期識別、風險研判等效果。通過空間結構數據清晰界定全域范圍內災害點分布，研判災害體危險狀態，大大提高地質災害調查的工作效率。

2.2 三維時空數據模型構建

利用遙感技術影像處理、圖片鑲嵌與裁剪，空三加密，構建DEM、DOM、DLG等基礎數據調查成果，生成調查區完善的三維實景模型，相較于傳統技術，區域道路、河流、高山、巖壁、裸露巖石、崩塌堆積體等清晰可見，形成了非常直觀的立體模型。

2.3 地質災害特征識別

通過遙感技術建立崩塌類地質災害三維立體化成像，獲取到區域地形地貌、地質構造、工程地質巖組、地表水和地下水、氣象植被與土地利用狀況、人類工程活動、易崩易滑地層、軟弱層、巖體結構、斜坡結構、風化程度等基礎數據，掌握崩塌誘發因素、形成機理、成災模式、致災范圍等，圈定崩塌源和崩塌堆積區，分析崩落路徑，評價崩塌的穩定性、危險性和危害性，進而采取相應的措施進行預警，從而確保決策信息的精準性。

2.4 歷史災情調查

通過不同時序遙感影像疊加比對分析，獲取歷史地質災害事件，建立要素完整、內容詳實、數據規范的長時間序列歷史災害數據集，統計分析各種災害的發生頻率、影響范圍和受災程度，評估歷史災害發生規律。

3 遙感空間數據庫構建

3.1 災害特征數據有效挖掘

通過遙感獲取影像數據，可以有效提取崩塌的類型、分布高程、規模、活動狀態、變形歷史、堆積體等，調查出崩塌發生斜坡的地層巖性、巖體結構、軟弱層、節理裂隙、風化程度、地下水基本特征等，進一步掌握區域微地貌、易崩易滑地層、變形特征、形成因素、威脅范圍等，分析地質災害重點隱患的穩定性，研判災害體變形特征及鏈生效應、可能的運動路徑、潛在影響范圍及危害程度等災害形勢。

3.2 數據格式標準

數據主要存儲格式為ArcGIS Shape、ArcGIS FileGDB、AutoCAD、MapGIS、Excel等。在系統開發過程中，對于屬性數據，通過設計相應的數據表格式，將其導入到數據庫中進行存儲，對于空間數據，為便于發布地圖服務，需要統一轉換為ArcGIS FileGDB進行存儲。

3.3 區域空間數據庫

整合基于遙感獲取的全天時、多時相地質災害有關基礎數據，通過ArcGIS強大的空間數據分析功能，基于遙感地理信息、地形圖等底圖數據，統計分析區域地質條件、氣象水文、易損性要素等基礎數據，形成風險區劃、歷史案例等成果信息，建立兼容空間數據、屬性數據、影像數據等的綜合數據體系，基于數據查詢檢索系統，實現數字化資料的高效管理、查詢、檢索和一體化服務。

4 結語

區域地質災害具有隱蔽性突發性和破壞性的特點，遙感技術可以發揮全視角、高效率、高質量等技術優勢，可快速解譯出區域地質條件中孕災體分布、承災體危險程度及風險識別，為地質災害調查評價、風險研判、監測預警及災害防治提供科學數據支撐。