基于GF-7數據的豫西山區地質災害遙感解譯

摘 要：【目的】查明豫西山區部分區域內崩塌、滑坡等地質災害的空間分布特征，為地質災害監測與治理提供科學依據。【方法】主要利用高分七號衛星影像數據，通過構建遙感解譯標志、室內初步解譯、野外核查驗證、內外業綜合解譯、編制解譯成果圖件等步驟開展遙感解譯工作。此外，還對比分析了多類型多時相的遙感影像，并結合研究區的地形地貌等地質資料，進一步提高了地質災害的可解譯性。【結果】在此次地質災害遙感解譯中，實際正確識別了15處滑坡、6處崩塌，解譯正確率達91.3%。遙感解譯的精度和效率較高，取得了較好的成果。【結論】本研究提出的利用高分七號遙感衛星數據開展地質災害遙感解譯思路及方法，在該地區所進行的地質災害遙感解譯工作中表現出顯著優勢，具有較強的實用性和可行性，能夠為其他地質災害遙感解譯工作提供有力的參考和指導。

關鍵詞：遙感解譯；地質災害；高分七號；豫西山區

中圖分類號：P694;P407.8" "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）11-0091-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.11.018

Remote Sensing Interpretation of Geological Disaster in the Western Mountainous Areas of Henan Based on GF-7 Data

HAN Ziqing LI Lang GAO Hui

（Institute of Geology Science and Technology Information， Henan Academy of Geology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：[Purposes] The aim of this paper is to identify the spatial distribution patterns of geological disasters such as collapse and landslide in some areas of the western Henan mountainous areas， and to provide a scientific basis for disaster monitoring and management. [Methods] The primary data source is GF-7， and the remote sensing interpretation process includes the steps of the construction of remote sensing interpretation signs， preliminary indoor interpretation， field investigation verification， comprehensive indoor as well as outdoor interpretation， and" the compliation and interpretation of results maps. In addition， this paper compares multi-type and multi-temporal remote sensing images and combines the geological data from the study area to further improve the interpretability of geological disasters. [Findings] The results show that 15 landslides and 6 collapses were actually correctly identified in this survey， with a correct interpretation rate of 91.3%. The remote sensing interpretation has achieved rather high accuracy and efficiency， and obtained better results. [Conclusions] The idea and method proposed in this paper for geological disasters remote sensing interpretation using GF-7 satellite data have demonstrated significant advantages in this remote sensing interpretation of geological disasters carried out in the region， with strong practicality and feasibility，which can provide powerful reference and guidance for other geological disasters remote sensing interpretation.

Keywords： remote sensing interpretation; geologic disaster; GF-7; western mountainous areas of Henan

0 引言

地質災害是指在自然或人為因素的作用下引起的，對人類生命財產安全及環境造成破壞和損失的地質現象［1］。我國的地質災害分布區域廣、發生頻率高，據有關部門數據統計，2022年共發生地質災害5 659起，是世界上地質災害較為嚴重的國家之一。因此，及時、準確地識別和評估地質災害風險和潛在隱患，進行科學的預測和預警，并采取適當的預防和治理措施，對減少和避免地質災害對人民群眾生命和財產造成的損失具有重要意義。

傳統地質災害調查主要依賴于野外實地調查，但該方式在山地等人員難以到達的惡劣環境中，難以有效開展，無法準確、全面地獲取地質災害的風險和隱患信息，也無法滿足時效性的要求。隨著遙感解譯技術的發展，利用高分辨率遙感影像，可以無接觸、快速、全面準確地獲取各種地形地物信息，查明地質災害分布現狀，及時滿足決策需求［2］。

近年來，國產高分衛星數據為地質災害遙感解譯提供了高質量、低成本、全覆蓋、及時更新的數據源，其在地質災害調查中的應用愈發廣泛，董文等［3］認為GF-2遙感影像數據對于地質災害信息的識別可以滿足地質災害遙感解譯的需求。張志軍等［4］通過野外驗證發現利用GF-1等衛星影像開展遙感解譯取得了較好效果。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

豫西山區位于河南省西部，主要包括洛陽市、三門峽市和濟源市等地區。該地區地質構造復雜，地形以山地為主，山脈連綿起伏，溝谷縱橫交錯。

2021年7月20日前后，河南大部發生極端暴雨天氣，豫西山區受災同樣較為嚴重，特別是汝陽縣地區，地質災害預警預報已達紅色級別。且該區域內礦山開發、削坡建房、交通建設等人類工程活動較強烈，尤其是過度開采、開采后不修復治理等情況對地質環境破壞更為嚴重，結合暴雨、地質環境較脆弱等因素的影響［5］，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害時有發生，對居民區、交通道路等造成不同程度的破壞，導致該區域成為河南省地質災害多發易發的地區之一。因此，研究區的選取主要集中在豫西山區的洛陽市汝陽縣地區，考慮到數據安全與保密問題，本研究僅選擇具有代表性的地質災害點作為遙感解譯應用范例。

1.2 數據來源

本研究所用遙感影像數據主要來源于高分七號衛星（GF-7）。高分七號衛星是我國首顆具有亞米級光學傳輸能力的民用立體測繪衛星，在地質災害調查的應用中發揮著重要作用，可以應用于監測和預警地質災害、評估地質災害影響和損失、研究地質災害形成機制和規律等方面。高分七號衛星主要傳感器技術參數見表1。

2 技術路線

地質災害遙感解譯主要按照“內業解譯、外業核查”的原則開展工作，是一個綜合且反復的過程。遙感解譯技術路線如圖1所示。

3 地質災害遙感解譯

遙感解譯是利用高分辨率遙感影像等數據，結合地質災害和遙感地質理論，采用目視解譯、人機交互解譯等方法，根據各類地質災害體的遙感解譯特征和標志，對地物進行識別、定性和空間分析，從而獲取地質災害的類型、規模、空間分布等相關信息的過程。盡管計算機自動提取技術已經在遙感解譯前期工作中得到了廣泛應用，但其分類和識別技術的靈活性和精度水平仍有不足，因此，本研究采用以目視解譯和人機交互式解譯為主的方法進行遙感解譯工作。

3.1 遙感圖像處理與制作

遙感影像原始數據經過處理才能用于解譯工作。處理過程主要包括遙感影像的輻射定標、大氣校正、正射校正等步驟，以確保影像的準確性和可靠性；圖像配準、融合、鑲嵌、增強等操作，以進一步優化遙感影像的質量和清晰度。

本研究主要利用高分七號衛星的多光譜和全色影像，結合高精度DEM數據，在ENVI等平臺上，將經校正、配準等處理后的影像與DEM數據進行圖像融合、鑲嵌、增強等操作，并按圖幅范圍裁剪得到數字正射影像圖（DOM），用于地質災害遙感解譯。

3.2 遙感解譯方法

遙感解譯工作主要基于遙感解譯標志來發現和識別地質災害信息。常用遙感解譯方法可以總結為目視判讀法、對比法、推理法等［6］。

3.2.1 直判法。即直接目視判讀方法，參考解譯標志的顏色、紋理和形狀等特征，直接在遙感圖像上勾繪出地質災害的形狀和分布范圍。對與崩塌、滑坡等有關的巖體變化，可以采用直判法。

3.2.2 對比法。針對背景資料少、解譯較困難的地質災害，設法將其影像特征與解譯標志或已知標準樣片做對比解譯，從一般到特殊，逐步進行目視判讀，從而確定地質災害特征與范圍。

3.2.3 推理法。針對解譯難度較大且利用對比法難以判斷其特征的地質災害，可將其所處的地理位置、地質環境條件等特征匯總起來，綜合分析和邏輯推理，進而推斷和確定地災類型、規模和分布位置。

特別地，當遇到圖像模糊不清、解譯難度大或者通過對比法和推理法都無法確定的區域，可以嘗試通過圖像增強、拉伸等有針對性的圖像處理方法，使圖像更清晰、信息更突出，從而更直觀解譯所需的地質災害信息，提高遙感解譯的質量和效果。

3.3 遙感解譯流程

解譯工作按照從已知到未知、從易到難、先整體后局部、先宏觀后微觀的解譯原則分為如下步驟。

①建立解譯標志。以工作區地質資料為基礎，通過初步遙感解譯、實地調查或者參考類似研究區域的解譯成果，在基礎圖像上建立滑坡、崩塌、泥石流等地質災害遙感解譯標志。

②室內初步解譯。室內解譯以遙感影像為依據，在熟悉已有遙感地質資料的基礎上，運用直判法、對比法等方法對影像進行解譯，勾繪地質災害分布范圍，標注地災類型，形成遙感解譯草圖，填寫解譯記錄表。

③野外核查驗證。在初步解譯工作中，可能會存在錯誤或不確定的地災類型，需要進行野外核查驗證，并在現場做圖文采集、填寫野外記錄表，為后續詳細解譯和分析工作做好準備。

④內外業綜合解譯。根據野外核查圖文記錄信息和室內初步解譯草圖，進行詳細解譯，重點修正初步解譯中的錯誤、推斷并確定未知地災類型、補充新發現的地災信息，最終形成遙感解譯成果圖。為保證遙感解譯成果的質量和可信度，這個過程需要不斷地進行驗證和修改，有時還需多次進行現場核查或專家抽樣驗證，以便對解譯草圖進行更加精細準確的審閱和修正。

⑤編制解譯成果圖件。將解譯過程中所使用的各類遙感影像、地質資料、初步解譯圖件、野外查證記錄、遙感工作質量檢查等進行匯總整理并存檔，并根據野外核查驗證結果，對初步解譯成果進行反復修正和完善，最終制作遙感解譯成果系列專題圖。

3.4 建立遙感解譯標志

遙感解譯標志是指能夠輔助識別目標物及其性質和相互關系的影像特征。解釋標志的建立是解譯前的重要準備工作。地質災害通常具有獨特的形態特征，與周圍巖石或地層有明顯的色彩、形狀、紋理等差別，在遙感圖像上表現為特定的色紋組合，這些特征是識別地質災害的直接標志［7］。

3.4.1 崩塌解譯標志。崩塌主要分布在陡峭的山崖或斜坡，特別是在溝谷、河流、道路、露天采礦場等地段。在遙感影像上多呈現楔形、三角形等形態，部分崩塌壁會呈現陡坎狀，導致整個崩塌壁和崩塌體被陰影遮蔽。光學特征以深灰色、灰白色為主。坡體表層破碎或不平整，斜坡坡腳平緩區域常有雜亂的崩塌物和錐形的堆積物。此外，崩塌區域的植被多表現為缺乏或發育不良。研究區內的一處崩塌現象如圖2所示。

3.4.2 滑坡解譯標志。滑坡解譯標志主要有色調、紋理等特征，形態多為舌狀、條帶狀等。大多坡體表面破碎且呈現下滑趨勢，斜坡較陡且長，巖質滑坡多呈灰白色。質地紋理上具有明顯顆粒感或粗糙感，巖質滑坡常見較大的斑狀體。坡體無植被或植被多矮小且生長較差。研究區內的一處滑坡現象如圖3所示。

3.4.3 泥石流解譯標志。泥石流常見于山區溝谷中，多由暴雨、冰雪融水所激發的一種破壞性極強的特殊洪流。是否具有陡峭的地形，是否存在大量松散的固體物質和輪廓明顯的洪積扇，且流域中上游是否存在暴雨、冰雪融水等特征是泥石流識別的重要解譯標志。研究區內的一處泥石流現象如圖4所示。

3.4.4 地面塌陷解譯標志。地面塌陷是指地表巖土體在自然或人為因素作用下向下陷落，在地面形成塌陷坑（洞）的一種動力地質現象［1］。除地震造成的地面塌陷以外，由煤礦等井下開采所造成的礦山采空塌陷尤為常見，解譯前需收集工作區的礦山開采資料以做參考。常見地面塌陷在遙感影像上色調多為黑灰色，呈現明顯的水域狀，多為邊界清晰的不規則圓形。研究區內的一處地面塌陷現象如圖5所示。

3.5" 遙感解譯與野外核查驗證

本研究主要選取高分七號衛星數據作為主要數據源，成像時間選擇2022年1月，原因是該時段植被較少，能夠更好地開展解譯工作，同時也能反映2021年7月的極端暴雨可能引起的地質災害。

3.5.1 崩塌地質災害遙感解譯。研究區內共解譯出7個崩塌地質災害，多為強降雨所致，災情規模多為中小型，典型崩塌地質災害解譯如圖6所示。

遙感影像中，圖6（a）坡體上大部巖土體與周圍色調存在較大差別，呈灰色且紋理粗糙，陡坡巖體表面新鮮，坡腳處有大量碎石堆積。經野外核查驗證此處確為中型崩塌，位于山頂斜坡，下方無承災體，目前較為穩定。圖6（b）坡體整體呈土黃色，紋理粗糙且無植被覆蓋，疑似崩塌。經野外核查此處是由“720暴雨”所致崩塌，造成一間房屋損毀，目前已清理完畢，但坡體不穩定，若遇暴雨，極易再次發生崩塌。圖6（c）坡體大部呈現土黃色，顏色與周圍有較大差別，紋理粗糙且表面基本無植被覆蓋。經野外核查此處是崩塌發生后，正在進行挖掘削坡治理。

3.5.2 滑坡地質災害遙感解譯。研究區內共解譯出16個滑坡地質災害，多數是由強降雨所致，災情規模多為中小型。由于山體陰影、云層覆蓋、植被遮蔽等因素會影響遙感解譯工作的準確性，一般會選擇不同成像時間或不同類型衛星影像數據做參考對比［8］，本研究選用北京2號衛星（BJ-2）影像輔助識別地質災害類型。典型滑坡地質災害解譯如圖7所示。

遙感影像中，圖7（a）坡體上的大部土體呈整體性運移現象，多呈土黃色且紋理粗糙，表面基本無植被覆蓋經野外核查驗證此處確為滑坡，坡體不穩定，下方無承災體。圖7（b）坡體上顏色與周圍有較大差別，大部呈現土黃色，植被覆蓋率低。經核查驗證此處確為滑坡，現場存在明顯地裂縫，坡體較不穩定且暴雨極易引發新的滑坡，會對下方公路造成一定威脅。圖7（c）坡體上大部呈灰白色且植被稀疏，坡底疑似碎石堆積。經核查驗證此處確為滑坡，坡體不穩定，易再次引發滑坡，直接威脅下方公路［9］。

本次遙感解譯工作共解譯出16處滑坡、7處崩塌。經野外核查驗證，其中1處是切坡修路、1處是礦山開采所產生的不穩定斜坡。實際正確識別了15處滑坡、6處崩塌，解譯正確率91.3%。表明地質災害遙感解譯結果與野外核查驗證結果具有較高的吻合率，本研究所提出的地質災害遙感解譯思路及方法能夠為地質災害遙感解譯工作提供參考。

4 結論與展望

本研究以高分七號衛星影像作為主要數據源，充分發揮其亞米級分辨率的優勢，提高了地質災害解譯的識別能力，快速有效地獲取了豫西山區部分區域內崩塌、滑坡等地質災害的空間分布特征等信息，為地質災害的預測、防范和治理提供了及時準確的科學依據。

在后續的工作中，可以綜合分析并利用多源、多時相、多波段的遙感影像，識別和分類地質災害的類型，并預測其發生的可能性和危害程度。如可以采用InSAR技術監測區域性地表形變，發現潛在的地質災害隱患［10］；可以利用LiDAR技術獲取高精度的地形數據，揭示地質災害的形態特征和發展規律。如何充分利用現代遙感技術與InSAR、LiDAR等技術相結合［11］，提高地質災害遙感解譯的能力和水平，是地質災害遙感解譯領域未來的重點研究方向。

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收稿日期：2023-10-31

基金項目：河南省地質研究院地質科技攻關項目“地質安全風險防控技術研究（2023-907-XM016）;“黃河流域（河南段）尾礦庫智能化信息提取應用研究”（2023-907-XM016-KT02）。

作者簡介：韓子清（1992—），男，碩士，助理工程師，研究方向：地質遙感、數字地理信息技術。