滑坡高分辨率遥感多维解译方法及其应用_鲁学军

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Vol． 19，No． 1，Jan. 2014
terpretation is quantitative calculation. Conclusion During one-dimensional elevation curve calculation the possible partition frame of collapse area，landslide area and accumulation area along the curve movement is obtained，which provides spatial reference for two-and three-dimensional interpretations. The development from two-dimensional image comparison and analysis to precise three-dimensional scene interpretation shows that high spatial resolution remote sensing image interpretation of landslides has developed from qualitative analysis highly relying on man-machine interaction mode to quantitative calculation mainly based on multi-dimensional spatial analysis models. Key words： landslide； remote sensing multi-dimension interpretation； high resolution remote sensing image； one-dimensional elevation curve calculation； two-dimensional image comparison and analysis； precise three-dimensional scene interpretation
卫星影像
空间分辨率 / m 最小可识别面积 / m2
SPOT-5
2. 5
50 ～ 62. 5
ALOS
2. 5
50 ～ 62. 5
QuicБайду номын сангаас Bird
0. 61
12. 2 ～ 15. 25
IKONOS
1
20 ～ 25
目前，高空间分辨率遥感技术已经开始用于滑 坡体表面变化监测、滑坡识别、滑坡体积计算、滑坡 地形地 貌 特 征、滑 坡 敏 感 性 制 图 等 应 用［4］。 例 如， Coe 等人基于 1∶ 3 000 ～ 1∶ 8 000 多时相航片生成多 时相 DEMs，通过计算相邻横截面的高程差，对滑坡 进行定量分析［6］； Delacourt 等人应用空间分辨率高 于 1 m 的 航 片 和 Quick Bird 影 像，通 过 对 航 片 和 Quick Bird 影 像 进 行 光 学 变 换，对 每 年 范 围 在 2. 5 ～ 20 m的 滑 坡 运 动 进 制 图［7］； Perotto-Baldiviezo 等应用 1∶ 50 000 航片和 10 m 分辨率的 SPOT PAN 影像，基于通过航片目视解译和地形图计算所生成 土地覆盖、坡向、坡度等专题图，应用层次模型生成 滑坡危害图［8］； 杨日红等人利用 ETM、ASTEＲ、Quick Bird、航片、地形图和野外所测 GPS 控制点，制作滑 坡前后数字高程模型（ DEM） 和正射影像（ DOM） ，采 用人机交互解译方式，通过对滑坡前后图像的详细 对比解译，分别对滑体滑动方向、距离和堆积体面积 进行了定量计算，并对滑坡成因机理进行了科学分 析［9］； 许冲等人应用震后多源遥感影像，采用人工 目视解译方法，结合 GIS 技术求得灾害体的高程、位 置、形态等灾害特征参数信息，对汶川 Ms8. 0 地震 诱发的大量次生地质灾害进行了解译［10］； 陶舒使用 地震前 SPOT 2. 5 m 全色、10 m 多光谱数据，以及震 后福卫 2 m 全色和 8 m 多光谱影像、EＲOS 0. 6 m 影 像、地 形 图 等 多 种 专 题 数 据，在 将 福 卫、EＲOS 和 SPOT 卫星影像处理成图像清晰、过渡自然、高程比 例协调并能反映实际地物的图像后，通过人工交互 式解译方式，提取滑坡信息［11］； 殷跃平等人对于汶 川 Ms8. 0 级地震触发的规模最大的巨型滑坡——— 大光包滑坡，采用震前和震后高分辨率遥感数据，对 滑坡前后进行了 4 期遥感图像对比解译和分析，结 合现场调查和地面测绘，对滑坡分区、滑面形态、剪 出口位置及滑坡体体积进行了初步研究［12］。
滑坡高分辨率遥感多维解译方法及其应用
鲁学军1 ，史振春1 ，尚伟涛2 ，周和颐1，3
1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101； 2. 兰州交通大学测绘与地理信息学院，兰州 730070； 3. 中国科学院大学，北京 100049
摘 要： 目的 高分辨率遥感影像技术的发展使得对于地质灾害体的要素组成、形态结构的遥感解译成为可能。 目前，遥感影像解译存在着过度依赖影像色彩、纹理、阴影等光学要素，片面追求影像解译标志，DEM 数据利用程度 低，对基于 DEM、GIS 的影像复合分析、空间分析、3D 可视化等技术方法的应用较少等问题。方法 以灾前灾后高 精度 DEM 和高分辨率遥感影像为基础，探讨了地质灾害滑坡的 1 维、2 维、3 维 3 种遥感解译方法，分析了三者之间 的互补关系，并应用 3 种遥感解译方法对贵州关岭“6. 28”特大滑坡进行了遥感解译分析，最后对有关滑坡多维遥 感解译方法体系的建立进行了讨论。结果 研究结果表明： 滑坡高分辨率遥感多维解译方法中，1 维高程曲线计 算、2 维影像对比分析、3 维场景精细解译分别属于滑坡遥感解译的初判方法、动态分析方法、定量计算方法； 结论 其中，1 维高程曲线计算为滑坡遥感的 2 维、3 维解译提供了有关滑坡崩塌区、滑坡区、堆积区的可能分区参 考框架，而 2 维影像对比分析向 3 维场景精细解译的发展则体现了以人机交互方式为主要手段的滑坡高分辨率遥 感影像解译由定性监测向定量计算的发展。 关键词： 滑坡遥感； 多维解译； 高分辨率遥感影像； 1 维高程曲线计算； 2 维影像对比分析； 3 维场景精细解译
0引言
随着遥感影像获取技术的迅猛发展，其空间分 辨率已经 从 米 级 发 展 到 了 分 米 甚 至 厘 米 级［1-3］，这 使得基于高空间分辨率影像实现对于地质灾害滑坡 体的要素组成、形态结构、环境因素的遥感识别与解 译成为可能。
遥感影像的高分辨率包括高光谱、高空间、高时 间分辨率。对于滑坡的识别与分析主要用到高空间 分辨率遥感影像。影像空间分辨率与待识别滑坡大 小的相对关系是决定滑坡的遥感影像解译能力的关 键因素之一。一般认为，某一影像在对比度条件好 的情况下通过目视解译可识别的最小规模滑坡面积 是其空间分辨率的 20 ～ 25 倍［4］。例如，以目前超高 分辨率 Quick Bird 卫星影像来说，其全色波段分辨 率为 0. 61 m，因此，在影像条件好的情况下，其最小 规模可识别滑坡面积应在 12. 2 ～ 15. 25 m2 。研究表 明，空间分辨率低于 10 m 的卫星（ 如 TM、ETM、ASTEＲ 等） 影像对单体滑坡的解译能力非常有限［5］。 目前，空 间 分 辨 率 高 于 10 m 的 卫 星 影 像 主 要 有 SPOT5、ALOS、Quick Bird、IKONOS 等，它 们 可 解 译 的最小规模滑坡面积如表 1 所示。本文的“高分辨 率”特指“高空间分辨率”。
1. Institute of Geographic Sciences and Natural Ｒesources Ｒesearch，CAS，Beijing 100101，China； 2. Faculty of Geomatics，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China； 3. University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China
Abstract： Objective Human-machine interaction is the main way for geographic hazard remote sensing interpretation at home and abroad as it is easy to use，intuitive and efficient. But there still exist certain problems，such as excessive dependence on image color，texture，shadow and other optical elements，one-sided pursuit of interpreting keys，lacking use of DEM，insufficient applications of image comprehensive analysis，spatial analysis and 3D visualization based on GIS. Thus this paper conducts research into quantitative analysis of human-machine interaction. Method This paper explores three methods of one-dimensional，two-dimensional and three-dimensional remote sensing interpretation based on pre- and postdisaster DEM and high spatial resolution remote sensing images，and analyses the complementary relationships among them. Then Guanling ‘6. 28’Mega Landslide in Guizhou province of China is interpreted by comprehensively using the three methods. Ｒesult One-dimensional elevation curve calculation gives the initial impression of landslides interpretation，twodimensional image comparison and analysis belongs to dynamic analysis methods，and precise three-dimensional scene in-
表 1 空间分辨率高于 10 m 的卫星影 像可解译的最小规模滑坡面积
Table 1 The smallest landslide area that can be interpreted on satellite image whose resolution is better than 10 m
收稿日期： 2013-09-10； 修回日期： 2013-10-16 基金项目： 国土资源部公益性行业科研专项（ 201011020 － 5） 第一作者简介： 鲁学军（ 1964— ） ，男，1997 年于北京大学获地图学与遥感专业博士学位，主要从事地理空间认知、地理科学计算、虚拟地 理现实方面的研究工作。E-mail： luxuejun@ igsnrr. ac. cn
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中图法分类号： P642. 22 文献标识码： A 文章编号： 1006-8961（ 2014） 01-0141-09 论文引用格式： 鲁学军，史振春，尚伟涛，周和颐 . 滑坡高分辨率遥感多维解译方法及其应用［J］. 中国图象图形学报，2014，19 （ 1） ： 141-149. ［DOI： 10. 11834 / jig. 20140118］
The method and application of multi-dimension interpretation for landslides using high resolution remote sensing image
Lu Xuejun1 ，Shi Zhenchun1 ，Shang Weitao2 ，Zhou Heyi1，3