遙感技術在地質災害方面的應用

江佳琳

遙感技術是根據電磁波的理論，運用各種傳感儀器對遠距離目標輻射和反射的電磁波信息進行收集、處理并成像，探測和識別地面各種物體的綜合技術。遙感技術、地理信息系統和全球定位系統通稱為“3S”技術，用于建筑物、沙漠、水體、農作物、森林植被的動態監測。近年來，隨著高分辨率衛星的應用和地理信息系統的完善，遙感技術在國民經濟建設和社會發展中起著重要的作用。

1 遙感技術

無人機技術的應用，可以針對生態環境景象和信息環境的景象進行信息采集。然后，通過針對影像進行處理，可以直觀展現生態地表的景觀動態與變化規律。與此同時，可以收集生態景觀變化、地勢變化以及自然資源受損等信息。通過分析其變化規律，了解所在片區生態環境的特征和變化規律。根據目前我國遙感技術的研究現狀可知，通過遙感技術，不僅能夠針對土地和水環境數據進行采集，而且還可以采集大氣環境中的精準數據信息。在傳統的生態環境保護數據信息采集中，因為信息不夠準確、定位差等問題限制了其發展。隨著生態環境的改變，如果還是使用傳統的生態信息數據采集模式，就很難適應現在的生態環境發展實際需求。借助遙感技術獲取高清的圖像，更有利于地圖外業分析調查工作的開展。

2 無人機技術相較傳統勘測模式的優勢

通過衛星遙感獲取的影像數據更新速度緩慢并且數據的分辨率較低，因此目前礦山勘測以人工實地勘測為主。實地勘測獲取的數據需要利用計算機輔助軟件進行處理才能作為有效數據，指導礦山修復工作的進行。隨著礦山修復面積的擴大，需要處理的數據量就會增大，通過傳統方法處理數據的效率就會降低。表1 對比了人工勘測、衛星遙感及無人機遙感采集數據的優缺點。新型的無人機遙感技術可以彌補傳統測量模式的不足。無人機通過搭載各種類型的傳感器可以獲得實時強的高分辨率影像數據，并且可在其基礎上解譯出更加全面和完備的信息，從而提高數據采集的效率。另外，通過無人機獲取的數據可以快速構建三維可視化模型，進而更加真實地再現礦山生態環境實際情況。無人機系統的推廣及應用成本較低，與衛星遙感系統相比更容易被人接受，無人機還具有危險性小，操作簡單的優點，可以進行實時操作。由于礦山生態修復方案的制定以大量精度高、實時性強的地形地貌數據作為基礎條件，但是廢棄礦山多具有面積大、地形復雜、生態問題多等特點，因此快速獲取當地生態環境的相關數據，是進行礦山生態修復的關鍵。無人機遙感技術可以獲得分辨率高、實時性強的圖像數據，可以直觀地反映礦山真實的地形地貌和環境問題，并且在采集數據的過程中，基本上不需要人工實地勘測從而極大提高勘測效率。但是，無人機遙感技術的發展時間相比傳統探測方式而言較短，其相關理論技術的發展比較滯后，各個領域對無人機的應用仍處在初步階段。同時，能對無人機遙感技術產生影響的因素較多，比如在風力強勁的環境下，無人機飛行的穩定性無法保證，這將很大程度上影響數據準確性。

表1 人工勘測、衛星遙感及無人機遙感采集數據對比

3 地質災害

①礦井突水地質災害特征。在進行煤礦開采過程中，礦井突水事故時有發生，其會影響煤礦開采效率。如果礦井出現突水地質災害，不僅會對井下人員生命安全造成威脅，同時也會影響礦井的正常生產。實際上，礦井突水地質災害具有水勢兇猛、涌水量大和損失大等特點，因此需要采取有效措施給予預防和解決。②地面沉降地質災害。在地下煤礦被開采過程中，地面沉降地質災害一般是指采空區周圍原始地應力平衡被破壞，誘發地應力重新分布，直至地應力重新平衡為止。通常情況下，在地應力重新分配直至平衡階段，會誘發礦井周圍地下巖層和地表巖層發生變形、移動甚至開裂問題。

4 我國地質環境的現狀

我國很多地質環境都屬于露頭礦山的類型，因此在開采中容易發生泥石流、地面塌陷、山體滑坡等安全事故。長期的開采工作，會極大地增加周邊地質災害的發生率，不但會造成制備大量破壞，影響生態環境，還可能引起道路損害、建筑塌陷等不良現象。另外，對于周邊居民的日常生活及生存環境，也有著很多不良的影響。由于我國地質環境總體情況不理想，在開采過程中管理控制不到位，導致很多固體廢棄物的產生，造成了比較嚴重的環境污染，同時也占用了大量的土地。甚至還有一些地方性小型私營開采企業，由于地質環境的影響和技術條件的限制，也增加了很多安全事故或污染情況的發生。因此，總體來說，我國的地質環境，是處于一個不穩定的狀態。

5 遙感技術在地質災害方面的應用

5.1 研究區概況

某縣人類工程活動強烈，受降雨、地震及切坡等不合理人類工程活動的影響，境內崩塌、滑坡、泥石流等地質災害呈現易發、突發等現象。地質災害對人民生命財產安全造成了較大的威脅和危害，并在一定程度上制約了縣域社會經濟發展，因此，急需開展地質災害隱患識別、災害調查與地質災害工程治理等工作，其工作區具體情況見圖1。

圖1 研究區范圍及區域斷層構造示意圖

5.2 結合礦山地質信息提取

礦井地址信息與礦井災害的發生有一定的關系。長期開采引起的內部結構破壞是造成礦山災害的主要原因。或是地殼運動造成形態變化等。這些地質因素變化可能是長時間積累造成的，或是一次開采中過度所致。應用遙感技術，獲取相應的地址信息圖像，了解潛伏地質構造及活動構造情況，明確礦區地貌情況及地質條件等。在此基礎上，合理調整開采方案，從而避免開采過程中發生塌陷等事故。在地質信息當中，需要對不同結構線性、位置等加以了解，從而更好地應用遙感技術分析礦山地質條件。通過遙感技術獲取充足的礦山地質信息，從而保證礦山開采的合理性。

5.3 地質環境的預警

遙感技術在地質環境調查是一個重要的因素,根據地質環境的主要特點是結合區域預警、地質災害更頻繁,全面管理,在這個過程中,需要結合地質環境實現預警裝置,遙感技術是通過遠程控制來防止礦區,預防的改善還可以達到礦山地質的目的，在對地質環境進行預警的同時，每次進行一次環境預警，資金有限，所以沒有足夠的資金，很難解決這個問題。但是，遙感技術與地質條件相結合，一旦出現問題，工作人員就會結合遙感技術對圖像進行處理，防止出現問題，因此，地質采礦環境預警是不可忽視的，也是一個關鍵問題。

5.4 構建三維實景解譯場景

三維實景模型兼顧了二維影像和三維地形的特點，較單純的影像能提供更多的信息，有助于地質災害、微小地貌的判識。以圖2（a）滑坡的三維實景模型為例，從模型地物表面形態上來看，疑似滑坡區域僅滑源區稍稍可見，其他形態特征均不明顯；從光譜信息來看，滑坡區域與環境的色彩一致，無法區分；從紋理特征上來看，也無法區分滑坡的邊界信息。但通過基于LiDAR 點云濾波處理后得到的如圖2（b）三維數字高程模型中，可發現滑源區的物質損失與堆積區的物質增加構成了滑坡最明顯的特征，在此基礎上，滑源區圈椅狀形態、堆積區邊界地形變化、滑源區表面光滑等均是該滑坡判識的典型標志，這是機載LiDAR 數據區別于傳統影像滑坡解譯的優勢所在。

圖2 滑坡災害遙感解譯標志

5.5 建立地質災害隱患識別解譯標志

下圖3 滑坡（a）、（b），圖3 崩塌（c）（d），圖3 泥石流（e）、（f）。

圖3 地質災害遙感解譯標志（依次為滑坡、崩塌、泥石流）

5.6 地質災害隱患識別結果

本次研究基于機載LiDAR 技術，經室內解譯與野外查證后，在某縣70 平方公里范圍內解譯發現的地質災害隱患點共52處，分別為滑坡16 處、崩塌30 處、不穩定斜坡4 處、泥石流2 處。經查證分析，滑坡災害以大中型為主，多由地震所誘發，具有規模大、滑源區高、滑距遠、有河流堰塞歷史等特征；崩塌災害多為中小型，為自然因素誘發，多發生于高陡邊坡；泥石流災害均為大型低頻泥石流，物源分布較為集中。將解譯出的52 處地質災害隱患點與某縣已知地災隱患點坐標進行空間位置關聯，對比發現新增地質災害隱患11 處，占比21.16%；此外，本次機載LiDAR 調查出的、經野外復核仍有明顯變形跡象且存在較大威脅的地質災害隱患點有4 處，應引起重視。

6 結語

綜上所述，遙感技術主要指的是航空攝影——以空中有人機、低空無人機、飛艇等作為航空飛行平臺，根據應用目的搭載不同類型的傳感器，實現對地觀測的成像技術。相對于航天遙感所獲取的衛星影像數據，傳統的膠片式航空遙感具有技術手段成熟、成果產品質量可靠、機動靈活的特點。擁有生產cm 級的成果圖件的能力。這種優勢特別適用于地質災害發生區的遙感調查。對利用高分辨率航空遙感圖像，結合適當的野外地質工作，根據地質災害遙感解譯標志，可以很好的完成地質災害遙感識別、解譯，并初步確定地質災害的邊界、面積等這一技術流程形成了共識。