遙感解譯在地質災害調查中的應用
——以常德市地質災害調查為例

劉鋒

湖南省地質調查所，湖南長沙，410000

0 引言

常德市位于洞庭湖平原西部，地形以南北高、中間低為主要特征，地貌類型以平原為主，丘、崗、湖兼有。研究區以城市規劃區范圍為主，其中包括武陵區、灌溪鎮、石門橋鎮、斗姆湖鎮以及鼎城區武陵鎮和白鶴山鄉；除此之外有德山科技經濟技術開發區、柳葉湖旅游度假區以及太陽山林場，總面積約622.8km2（見圖1）。

圖1 常德市交通位置示意圖

1 自然地理特征

1.1 氣象與水文特征

此次研究區域屬亞熱帶濕潤氣候，特點為夏熱冬寒，四季交替鮮明。本區域主要自然災害為旱災以及洪澇災害，地表水豐富，且水質較好，可作為生活飲用水，并可將其用于工農業灌溉用水。本工作區主要流經河流為沅江，其自中部向東蜿蜒，貫穿河谷平原區，沅江支流枉水、漸水、馬家吉河及溪港，由南、北兩面匯入交織如水網[1]。

1.2 生態環境特征

土地在丘港區主要用于人工經濟林，從整體來看，森林植被覆蓋率不高，從而導致區域水土流失情況較為嚴重。水土流失主要受植被、降水、地形地貌以及地表巖土性質影響。在城市區域土壤植被主要為殘坡積土壤、松散河流沖積土及水稻土，主要分布在沅水兩岸。

2 技術路線

2.1 矢量數據與柵格數據結合

從整體來看，柵格數據主體為中高等分辨率遙感影像；矢量數據主要包括區域地質調查數據庫、地形坡度數據庫、縣市地質災害區劃數據庫。基于以上數據開展地質災害遙感解譯。

2.2 多源、多時相遙感數據相結合

主要使用美國TM（ETM+）衛星數據、2016年的高分二號衛星數據、Google Earth及天地圖·湖南的高分辨率影像，利用多源、多時相遙感數據，將多光譜數據和全色二者相融合，生成具有高分辨率以及多光譜信息的遙感影像，從而提高地質災害的可解譯程度[2]。

2.3 多種信息提取方法相結合

應用目視解譯與人機交互解譯兩種方法提取地質災害及地質環境條件信息。

3 基礎數據準備

3.1 資料收集

在開展地質災害遙感解譯時，需收集地質圖、坡度圖、地形圖、雨量圖以及災害調研數據等資料，并將其與遙感圖像進行整合運用，隨后進行解譯工作。套合已有歷史資料，對已知災點的分布地層、構造區段、地形及坡度以及降水特點進行分析總結，以此類推，解譯相同地質環境條件下的地質災害危險區段。

3.2 衛星數據的選擇

3.2.1 遙感信息源選擇原則

遙感數據的選擇不僅要考慮滿足規范要求，同時需要考慮經費、精度以及衛星數據的覆蓋能力、覆蓋程度等多方面因素，因此，1∶25000地質災害勘查遙感數據選擇需遵循以下原則：

（1）1∶25000地質災害勘查遙感數據以收集為主；

（2）遙感數據不可覆蓋重要地帶，且云層覆蓋率應當小于5%，并需注意圖像的條帶以及噪聲影響；

（3）遙感數據源應具有較強的現實性，能基本反映工作區的現狀，一般情況下，遙感數據的采集時間與工作時間相隔不可超過2年；

（4）分辨率需滿足工作區1∶25000地質災害勘查解譯需要。

3.2.2 衛星數據的選擇

Landsat系列衛星數據對地質構造、區域地層巖性有較好的判別區分能力，GF-2衛星PMS 1米級的衛星數據對植被、地形地貌、人類工程活動等地質環境因子有較好的識別，同時可以直接解譯滑坡等地質災害，能夠滿足1∶25000地質災害勘查遙感解譯的精度要求（見表1）。

表1 遙感數據選擇表

綜合上述理由，我們選擇時相較新的GF-2衛星PMS數據和Landsat8影像進行遙感數據處理，制作遙感影像圖。

3.3 DOM制作

本研究采用衛攝影像制作DOM，影像制作涉及的遙感專業軟件有ARCGIS勻光、CASSHDS2003、ENVI5.3和MapGIS以及專門的圖像處理軟件PhotoShop。DOM影像需紋理明顯、反差適中及色調均勻。彩色影像要求光譜信息豐富飽滿且貼合自然真彩色。

DOM制作主要包括糾正、配準與融合等環節。主要采用全色與多光譜分別糾正—融合法，具體是以1∶10000 DRG為平面控制，以1∶50000 DEM為高程控制，利用衛星的星歷參數，進行全色影像與多光譜影像的修改訂正，并以此為依托，融合全色影像和多光譜影像，生成原始空間分辨率模擬自然真彩色的數字正射影像，緊接著進行正射影像的鑲嵌工作和色彩匹配，生成DOM，技術流程見圖2所示。

圖2 數字正射影像制作流程圖

4 遙感解譯

根據制作好的遙感影像圖，參照技術規范和流程，開展區域地質災害的解譯工作，并設立解譯標志。受遙感數據地面分辨率、數據時相以及植被覆蓋率等客觀因素影響，以現有遙感技術來看，僅僅能解釋部分大面積地質災害，仍存在部分地質災害點無法利用遙感技術進行判斷識別的情況，為改善這一情況，參考了以前收集的歷史資料和數據[3]。

4.1 解譯標志

按照專業知識和對遙感圖像的反復對比，并結合地質災害歷史數據資料，初步建立了本區域地質災害的解譯標志。結合野外實地調查結果，對已初步建立的解譯標志進行修正和補充，逐步完善，如表2所示。

表2 地質災害影像單元解譯標志特征

4.1.1 滑坡解譯標志

遙感影像判斷山體滑坡包括色調、陰影、平面形態以及紋理等方面，通常情況下，山體滑坡呈現為半圓形或不規則形態，其色調相較其他部位更深，滑坡壁、滑坡周長以及其他滑坡要素在高分辨率影像中較為明顯。除此之外，滑坡地表的泉水、濕地以及醉林或馬刀樹等都是判斷滑坡災害的重要標志。

常德市的滑坡多呈半圓形，色調較深，多為土黃色。植被不發育，覆蓋度較低，根據其色調差異可以確定其邊界。規模多為中小型，主要分布于屋后。如圖3所示。

圖3 滑坡解譯標志及實地查證照片

4.1.2 不穩定斜坡解譯標志

除上述外，不穩定斜坡是潛在地質災害的嚴重隱患點，地質災害的發生主要集中于松散斜坡、基巖順向坡等分布區，一般來看并無明顯滑動跡象，甚至無明顯變形。

判斷是否為潛在不穩定斜坡，首先要了解該處是基巖斜坡還是松散斜坡，基巖斜坡是順向坡還是逆向坡；其次分析松散斜坡的坡度、基巖順向坡巖層產狀與坡度的關系以及基巖巖性組合特征等。不穩定斜坡在遙感影像上影紋粗糙，色調雜亂，從整體觀察，植被不發育，新鮮基巖裸露，可見明顯變形跡象。此外，不穩定斜坡形成大多與人類工程活動有一定關系，主要表現為修建公路時的開挖切坡活動。

常德市內不穩定斜坡色調較亮，多為人工開挖邊坡引起，主要分布于房屋屋后附近，規模較小。如圖4所示。

圖4 不穩定斜坡解譯標志及野外查證對照圖

4.2 解譯步驟

根據從已知到未知、先易后難、先山區后平原、先整體后局部、先宏觀后微觀的解譯原則，解譯工作可分為初步解譯、詳細解譯、野外驗證和綜合解譯四個階段：

（1）初步解譯階段：熟悉收集到的基礎地質和水文地質資料中關于第四紀地層、地層巖性等方面信息，著重分析已知地質災害點的影像特征，建立主要地質災害點的初步解譯標志，形成初步解譯草圖。

（2）詳細解譯階段：在前期野外踏勘資料和初步解譯的基礎上，建立和完善詳細解譯標志并解譯滑坡、不穩定斜坡等災害體，形成階段性的成果圖件，初步填寫地質災害遙感解譯卡片，為下一步野外驗證工作做好充分準備。

（3）野外驗證階段：對前期室內解譯結果及所有的疑問點進行野外實地驗證，并進行地質災害解譯標志修正，完善地質災害遙感解譯卡片內容。

（4）綜合解譯階段：在完成野外驗證工作后，結合野外調查資料、圖像處理成果和區域地質成果資料對遙感圖像進行綜合解譯分析，全面修正解譯標志，完善解譯內容，再次修編解譯成果，詳細填寫地質災害遙感解譯卡片，編制完成地質災害調查遙感解譯點點位分布圖。如圖5所示。

圖5 地質災害調查遙感解譯點點位分布圖

4.3 解譯方法

根據以往經驗，地質災害遙感解譯的具體解譯主要是采用人機交互式解譯為主，目視解譯為輔，分為直接判斷、對比法和邏輯推理三種方法。

（1）直接解譯法：主要是利用“顏色、影紋和形狀”作為主要解譯依據。根據地物光譜特征與圖像色彩的對應關系建立起各自的直接解譯標志。例如，與崩滑有關的巖石或地表松散物大多較為破碎，含水成分相對較高，在影像上多呈斑雜狀的淺灰色或淺藍灰色色調；剛發生的崩塌，圖像上有亮白色的條帶、斑塊等。

（2）對比法：對解譯較困難的地物和各種常規資料較少的地區，則采取擴大視野，設法將已知地區的影像與將要解譯的未知區影像進行對比解譯，從已知到未知，從一般到特殊。

（3）邏輯推理法：對解譯難度較大的崩、滑、流等地質災害點，根據其所處的環境、位置等因素匯總起來，對它們的內在聯系進行綜合分析，邏輯推理，再確定其類型和分布規律。崩滑流多分布于高山峽谷地區，水系發育是其主要特征，在水系長而直、沖溝發育，尤其是水系的末梢密度較高區，在ETM圖像上常表現為大片陰影區；崩滑流多與大型活動構造或新構造有關，在形態上多呈線狀影像特征[4]。

4.4 解譯結果及分析

利用GF-2號衛星影像工作底圖，采用先易后難、目視解譯的方法完成了工作區地質災害點的遙感解譯，填寫相應的信息表。共解譯出如下22個地質災害點。如下表3所示。

表3 常德市地質災害調查遙感解譯類型及 查證情況統計表

地質災害解譯點分布于第四系多層結構土中。在遙感影像圖中，滑坡的解譯標志不明顯，全部參考已有滑坡災害點地質資料，野外驗證后，建立解譯標志。不穩定斜坡在遙感影像圖上特征較為明顯，故解譯正確率較高。

5 結論及展望

5.1 結論

（1）采用2016年的衛星影像數據進行常德市災害點和人類工程活動點的解譯。根據初步解譯—詳細解譯—野外驗證—綜合解譯的步驟，采用人機交互式解譯為主、目視解譯為輔的解譯方法，完成了常德市地質災害點和人類工程活動點的遙感解譯。常德市地災主要有滑坡、不穩定斜坡等類型，其中以不穩定斜坡為主。遙感解譯災害點共22處，其中不穩定斜坡18處，查證率為94.4% ，正確率為83.3%；滑坡4處，查證率為100%，正確率為50%。

（2）利用多源遙感數據可以快速全面地分析大區域大型的地質災害，準確獲得地質災害的類型、位置、形態等基本特征。因遙感數據源的空間分辨率的差異，不同數據源解譯災害結果的最小尺度標準也存在一定的差異。

（3）遙感影像可以真實、直觀地提供調查區的宏觀景象，1∶10000比例尺的影像圖上可以識別人類工程活動，如土地開挖、房屋地基的建設等，便于野外實地調查工作中對路線的部署。

（4）由于所使用遙感數據為衛星數據，分辨率為1m，清晰度一般，所以，地質災害點的解譯正確率較低。在開展野外調查過程中，遙感解譯給我們的調查路線的制定、調查重點的選擇提供了方向性指導和依據，或者直接指引我們發現了當地居民都未知的不穩定斜坡和潛在的滑坡地質災害點。

5.2 展望

（1）加大資料收集力度。收集多元、多時相遙感數據，盡可能選擇分辨率高、時相新的衛星數據進行遙感解譯，增強地質災害的可解譯性；收集多尺度地質、環境背景以及交通、土地等資料，豐富參考資料內容，參與解譯分析。

（2）加強基于遙感的地質災害調查方法研究。主要研究地質環境背景遙感解譯和地質災害遙感解譯兩個方面。

（3）加強地質環境解譯，如：人類工程活動、采礦活動等破壞地質環境條件的人類活動。

（4）加強地質災害遙感監測研究。引入INSAR技術對區域性地表形變進行監測，結合專業儀器對典型地質災害點進行地質災害發育過程監測，分析地區性發災預測和災害點發災預報，從而服務于地質災害預警和指導野外調查；利用INSAR技術及其他專業監測技術手段開展地質災害監測、預警以及調查地質災害的發展趨勢。