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遥感技术在1∶5万环境地质调查中的应用

  The UsingofRemoteSensingIn1: 50,000 Environmental Geology Survey
  Hu Feiyue
  Geological Investigation Institute of Guangdong Province Guangzhou 510080
  Abstract: Remote sensing technology has the characteristics and advantages of universality, fast accuracy, dynamically, that we can get the information of hydrogeology, engineering geology, environmental geology in environmental geological survey by using the technology to improve the predictability of environmental geological survey work and guide the environmental geological field work. So the technology of remote sensing is very important to lay a good foundation for 1: 50,000 environmental geology survey.
  Key words: Remote sensing, hydrogeology, engineering geology, environmental geology
  1∶5万环境地?|调查以工程目标为依据,围绕重大环境地质问题和需求,目的在于查明图幅范围内的地质环境条件和水文、工程和环境地质问题,为地区发展规划和建设提供资源环境保障和支撑。遥感作为1∶5万环境地质调查的重要工作手段,重点在于解译工作区水文地质信息,工程地质信息,环境地质问题的类型、分布范围及规模,从而指导1∶5万环境地质调查工作,为地面调查工作提供技术支撑,从而减少地面调查的难度及工作量。
  1 遥感数据选择及预处理
  1.1 遥感数据的选择
  遥感数据选择的须与工作目标任务相结合,不同类别的影像各有优势。多光谱遥感影像主要用于宏观目标物的遥感解译,如地质构造等,如果影像分辨率过高,纹理细节过于丰富,宏观目标物的信息将会被掩盖,不利于宏观目标物信息的提取。另一方面多光谱遥感影像具有波段覆盖范围宽的优势,波段范围不仅仅包括可见光、近红外波段,甚至还有中红外、热红外波段:利用绿光、中红外波段提取水体信息及利用红外、近红外波段提取植被覆盖信息都有其独特的优势,热红外波段用于提取和验证地质构造、圈定温泉溢出带、热污染等都有很好的效果。高分影像用于为微目标地物的解译,一般来说岩溶塌陷坑、崩塌、滑坡、地裂缝等直径小于10m的地物利用低空间分辨率的遥感影像难以识别,而高分影像在识别微小地物方面效果十分明显。利用数字高程影像快速、准确地提取工作区地形、地貌特征,并可以转化成地形坡度图,为崩塌、滑坡、水土流失等地质灾害的易发性分析,提供基础数据支撑等工作十分重要。因此,在1∶5万环境地质调查工作中,建议结合高分影像和多光谱影像进行目标信息提取,如选择高分遥感影像如GF-1、多光谱遥感影像如TM8及DEM数字高程影像,条件许可的情况下可以选择增加航空影像、高光谱影像等数据作为参考。
  影像的成像日期也十分关键,为了减少不稳定降雨及植被覆盖的影响,在选择影像时,尽量选择平―枯水期时相的遥感影像。且不同类别的影像之间,尽量保持时相上的相关性,选择成像时间相近的影像
  1.2 预处理
  由于太阳光到达地面之前,在大气作用下会对其产生吸收和散射的作用;同时,地物的辐射经过大气时,也会被大气吸收和散射,因此传感器接收到地物的辐射能实际上经过两次大气大散射、吸收,产生了辐射畸变,并且大气散射的部分能量还会经过传感器直接叠加在地物的辐射能量中,成为目标地物反射能量的噪声。为了消除大气对地物辐射的影响,得到地物的真实的辐射亮度值,提高不同地物之间的反差比,需要对影像进行辐射校正。
  传感器进行地物扫描成像时,友谊传感器外方位元素变化,传播介质不均,地球曲率,地形起伏及地球旋转的影响,影像元点地物的几何形状与真实的地物形状往往会产生一定程度的畸变,几何校正的目的在于消除这些畸变,产生符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。几何校正的参考影像的一般选用最新出版的地形图,选择同名地物点作为控制点。控制点应为不具有时相性,并且分布在地形坡度较缓的地带,在影像内均匀分布。在1∶5万环境地质调查工作中,几何校正的误差要求在平原区控制在1个象元内,在山区控制在2个象元内。
  2. 遥感专题信息提取
  2.1 水文地质信息
  水文地质信息包括,基础水文地质信息,如水文地质单元;地表水信息,包括湖泊、水库、河流、坑塘等;地下水信息,包括泉、井等。
  水文地质单元的圈定是开展1∶5万环境地质调查工作中水文地质调查工作的基础,以往采用等高线圈定水文地质单元,不仅费时费力而且受人为的主观判定影响大。遥感水文地质单元划分,主要利用DEM数字高程数据模拟水系在地表的运动状况,建立地面水流模型,从而获取水文分水岭,再结合地质构造、岩性信息,划分水文地质单元。利用遥感技术划分水文地质单元不仅仅提高了工作效率,而且增加了可靠性。   地表水信息的提取主要利用水体在遥感影像上的反射率特征,基于水体在绿光和近红外波段的反射率特征,Mcffeeters在1996年提出了归一化差分水体指数,该指数对水体信息提取具有很好的效果,但是对具有较多建筑物背景的水体,效果较差,在此基础上,徐涵秋提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI,利用绿光、近红外、中红外波段的水体反射率特征提取水体信息,对城镇地区地表水体的提取具有很好效果,并消除山体和建筑物阴影的影响。
  地下水信息的提取需要借助地表景观及地下水指示物的间接解译标志[1]。地形地貌上,泉点一般位于山间沟谷、洼地或者多条沟谷的交叉部位,井点位于平原区,井点周围一般民居密集,利用图像增强技术,通过区分泉点、井点与周围其他地物之间的色调差异,可以准确地提取目标地物信息。
  2.2 工程地质信息
  地质构造控制着工程地质条件和工程地质环境,遥感地质构造信息的提取对了解调查区工程地质问题具有重要的作用。
  遥感影像上解译断裂构造,主要以断裂在空间上的展布为依据,结合地学知识和图像增强技术进行推理和综合分析。地学知识指与断裂有关的地质体、地形、地貌特征,根据这些特征可以推断断裂构造的存在,如山地、丘陵、平原等大的地貌单元的边界呈直线或者折现展布;地貌体整体形态的错位;连续分布三角面;水系格局异常等地质特征。图像增强技术主要是为了突出影像上色调异常。由于断裂的性质、活动特征、伸展形态,导致断裂两侧自然景观的不同,因此具有不同的吸收、反射、投射能力,在影像上的表现断裂两侧的自然景观有着不同的色调和色调反差。图像增强方法包括彩色合成,如地质信息和地表环境信息丰富的红外、近红外、蓝光波段组合图像;主成分变换,如利用主成分分析后的第一、二、三分量进行波段组合图像,增强影像信息量;比值变换,如将线性特征最为清晰的近红外波段与红光波段比值,增强地质构造的线性特征[2]。
  2.3 环境地质信息
  环境地质信息的提取分为两个方面,即矿山环境地质问题、环境地质灾害信息的提取。
  矿山的开发对地质环境的破坏贯穿于矿产资源的采、选、冶全过程[3]。矿山环境地质可以归?{为土地资源的浪费、植被资源的破坏、地质灾害的产生三类[4]。利用高分遥感影像采用目视解译的方法圈定矿山的分布、矿山的面积,根据色调、色彩的差异提取矿坑的开采情况、提矿山周边土地资源利用情况、地质灾害信息;利用植被指数法,圈定矿区周边植被的生长情况。
  环境地质灾害信息的解译主要为突发性的地质灾害,如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等。崩塌主要发生在坡度较大的基岩区,在遥感影像上崩塌的陡崖色调浅,老的陡崖色调深,在陡崖的一方有浅色调的锥形地形。滑坡在影像上有簸箕形、弧形、舌形和不规则形,在高分影像上清晰可见滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌等特征,并可以(下转165页)(上接162页)圈定滑坡的面积,结合地形信息,估算滑坡的土方量。泥石流在影像上纹理杂乱、色调变化明显,顶部呈瓢形,由于带有大量松散固体因此通常泥石流颜色较浅,流动的泥石流呈条带状扇形,轮廓不固定,通过遥感影像对周边地形地貌的表现,预判泥石流的运动方向。岩溶塌陷通常发生在平原区,形状通常为圆形、椭圆形或不规则蝶形,边缘光滑。
  遥感技术不仅仅可以为已发生的地质灾害进行圈定,还可以对地质灾害的易发性进行评价。地质灾害的发生通常以地形、植被、地质构造、基岩岩性相关。一般来说滑坡、崩塌等地质灾害通常发生在地形坡度在30度以上地区,且坡度越陡,发生的概率越大。植被对地质灾害的发生也有重要的影响,植被覆盖度越低,植被越少,表层土壤越松散,岩石越容易被侵蚀风化,易引发地质灾害。地质构造和基岩岩性是地质灾害的发生的决定性条件,地质构造影响范围内,岩石软硬相间、结构破碎;岩层产状和坡向夹角越小,岩层越容易沿软弱面滑动,易发生滑坡、崩塌等地质灾害。因此选择地形坡度、植被、地质构造、基岩岩性作为评价指标,对地质灾害的易发性进行评价具有很高的可靠性,
  3. 结论
  结合多源遥感影像数据,挖掘水文地质、工环地质、环境地质信息,并进行地质灾害易发性评价,遥感调查可以为1∶5万环境地质调查工作提供了预见性的指导作用。随着遥感影像成像质量的提高,信息提取技术的发展,挖掘更多更有效的水文、工程、环境地质信息成为可能,遥感调查势必为环境地质调查手段中不可或缺的重要组成部分。

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