遥感在地质灾害监测中的应用综述

遥感在地质灾害调查中的应用综述

摘要：地质灾害作为全球破坏极强的自然灾害之一，强烈地危害着人类生命财产安全。了解掌握地质灾害的发生规律，以及在灾害发生后精确的把握灾区的基本情况，对减少人民生命财产损失具有重要的意义。遥感作为一项能够揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术，具有的观测范围广、速度快、安全、不受地形、地貌的阻隔，遥感影像直观、准确、信息丰富等优点，尤其可以在地质灾害应急减灾与评估中发挥重要的作用。本文将对遥感技术在地震地质灾害的调查，地震震度、烈度评估以及滑坡地质灾害中的应用进行梳理，以求掌握遥感在地质灾害中应用现状，为将来遥感在地质灾害中的更深入应用提供参考。

关键词：地质灾害遥感地震滑坡

1 引言

中国是世界上受地质灾害影响最严重的国家之一，近年来随着全球气候变暖，极端降水事件的增多，地震活动的频发，以及人类经济、工程活动的不合理开发，使得我国大部分地区地质灾害的发育程度和破坏程度呈不断增强的趋势，导致我国地质灾害不仅灾害种类多、分布范围广，并且近年来发生频率高、灾损严重。所谓的地质灾害是指：由于自然或人为作用，多数情况下是二者共同作用引起的，在地球表层比较强烈地危害人类生命，财产和生存环境的岩、土体或岩、土碎屑及其与水的混合体的移动事件[1]。由于地质灾害往往破坏力强大，尤其是地震所引起次生地质灾害尤其严重。因此对地质灾害发生前、发生中和发生后3个阶段的地质灾害信息进行大范围、全天候、全天时的动态采集、监测和数字化管理。对实现高效的防灾，减灾和应急救援等具有重要意义[2]。

遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测、分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律的一门科学技术[3]，具有的观测范围广、速度快、安全、不受地形、地貌的阻隔，遥感影像直观、准确、信息丰富等优点，尤其可以在地质灾害应急减灾与评估中发挥重要的作用[2]。

与常规信息采集方式相比，遥感技术在灾区信息的获取上具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：

（1）覆盖范围广。遥感技术可以对大范围的受灾地区进行观测和数据采

集，从宏观上反映受灾地区的情况。例如，一景TM影像可以覆盖185km×185 km的地表范围，相当于能够覆盖汶川地震中受灾最严重的北川县全境；我国“HJ-1”卫星获取的影像幅宽为360km(2台组合≥700 km)，能够获取更大的地表范围。大范围的数据获取能力也为全球气候变化及区域地质活动的研究提供了有力条件[4]。

（2）获取速度快、手段多。遥感技术可以对灾区进行周期性的观测来获取不同时相的影像。通过受灾前后遥感影像的对比分析，不但能够定位受灾区域、估计影响范围，还能跟踪灾情的动态变化。例如，搭载MODIS光谱仪的上午星Terra 和下午星Aqua 可以达到一天过境4 次；SPOT卫星的HRV传感器具

有倾斜观察能力，能够在不同轨道上用不同的观察角对同一地区进行观测，产生立体像对以获得三维空间数据[5]。这种高时相分辨率以及多观测角度的特

点，为实时获取灾情信息提供了可能。

（3）信息量大。遥感通过探测可见光—反射红外、热红外和微波等不同波长范围的电磁辐射能，来获取包括植被覆盖、土壤水分、区域地质、水文地质、环境污染、森林火灾和地表形态等信息[5]。不同遥感影像的分辨率在几十

厘米至几百公里之间，能够满足不同尺度下减灾救灾的应用需求。

国际上遥感技术应用于地质灾害调查较早。我国利用遥感技术开展地质灾害调查起于20世纪80年代初，目前已摸索出一套较为合理、有效的滑坡、泥石流等地质灾害遥感调查方法[6]。遥感技术快速、准确、方便的特性，应用遥感技术开展地质灾害调查是极其必要的，也是当代高新技术发展的必然趋势[7]。张娟等[8]运用目视解译方法对枣庄地区的landsat卫星遥感影像进行信息分析。通过建立遥感解译标志，提取枣庄地区的塌陷区、崩塌与滑坡以及地裂缝的遥感影像特征，圈定各类型地质灾害的位置、影响范围并预测各地区灾害发生的可能性及灾害强度等，对枣庄地区的地质灾害调查具有重要的研究意义。蒋培荡等[6]对永丰县1/5万地质灾害进行调查，以遥感解译为先导，获取地质灾害及其发育环境要素信息，解译地质灾害的种类、数量、规模及其分布特征；通过对地质灾害形成和发育的地质环境条件的综合分析，初步圈定地质灾害危险区，配合地面调查，提供遥感解译成果。同时建立了滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害的解译标志。

遥感作为一项关键性的技术，在地质灾害发生时，可以通过无人机遥感快速获得灾后的遥感影像图[9]，结合灾区影像资料，可以迅速解译出地质灾区的

受灾情况，为快速科学地制定救灾计划提供依据。面对地质灾害的主要发生源，本文首先将讨论遥感技术在地震中的应用。

2 遥感在地震及其引发的次生地质灾害中的应用

我国处在环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是世界上地震灾害最严重的国家之一。大地震发生后，特别是在我国的西部山区，往往会导致大面积次地质灾害的发生，一次强震能量的输入，会诱发大量的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害[10]，不仅造成大量的人员伤亡和财产损失，而且严重阻碍了应急救援和灾后恢复重建的顺利实施。此时快速全面的获取灾情信息特别是次生地质灾害的分布信息对抗震救灾和灾后恢复重建的科学决策具有重要的意义。

随着卫星和航空遥感技术的发展，破坏性大地震发生后，利用遥感手段能够快速获取灾区房屋建筑震害[11, 12]、道路交通损坏[13, 14]、地震地质次生灾害[15]、地震地表破裂[16]等震后重要灾情信息，及时为地震应急救援、震害评估和恢复重建提供重要决策信息。

遥感在地震中的应用主要包括了对于地震灾区影像的解译，对灾区的空间特征进行分析，以及对地震的烈度和震度等的评估，为抗震救灾提供科学有效的方案，尽可能减少人员伤亡。

2.1遥感技术用于地震地质灾害的调查。

高分辨率多光谱遥感技术具有的观测范围广，速度快，安全，不受地形、地貌的阻隔，遥感影像直观、准确、信息丰富等优点，尤其可以在地震灾害应急减灾与评估中发挥重要的作用[2]。

近年来，伴随着我国高分辨率对地观测系统重大专项（简称高分重大专项）的部署和实施，高分辨率的航空和航天多光谱遥感技术得到有力推进，推动了高分辨率多光谱遥感数据在重大自然灾害和突发事件应急监测与评估应用中的跨越式发展。

利用快速获取的震前和震后航空、航天等多源遥感数据、地形地貌和地质构造数据，同时结合次生地质灾害在高分辨率多光谱影像上的形态、结构和纹理特征，可以对地震重灾区次生地质灾害的数量和空间分布进行了有效监测。结合GIS技术对这些次生地质灾害的空间分布规律，特别是同区域地质构造、烈度和地形地貌之间的关系，可以对地震破坏力综合分析和评估[17]。刘亚岚等[18]以“5.12”汶川地震重灾区地震次生地质灾害滑坡、碎屑流和崩塌为例，首先提取灾害体单元的遥感影像，选取其光谱、纹理和色彩方面的20种遥感影像特征参数并统计参数值，然后对特征参数进行归一化处理，并通过主成分分析得到利用第一、第二、第三主成分表达的各类地震次生地质灾害的影像特征图谱。利用测试样本验证，上述几类图谱可表征相应地震次生地质灾害类型的影像特征，可以揭示不同类型地震次生地质灾害遥感影像特征之间的关系，为遥感影像中灾害体的识别提