王 穎

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

北京地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測應(yīng)用研究

王 穎

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

遙感技術(shù)具有宏觀、快速、準確、動態(tài)、多時相等特點和優(yōu)勢，可以為城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查提供有效的技術(shù)方法和研究手段。本文主要結(jié)合北京地質(zhì)環(huán)境及其調(diào)查監(jiān)測工作，對地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測應(yīng)用性進行了分析和研究。

地質(zhì)環(huán)境；遙感調(diào)查與監(jiān)測應(yīng)用

1 遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境調(diào)查

遙感是利用航天或航空遙感器對陸地、海洋、大氣、環(huán)境等進行監(jiān)測與測繪的綜合性高新技術(shù)。自20世紀70年代以來，伴隨航天技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)也由航空攝影階段迅速發(fā)展到航天衛(wèi)星遙感階段。

信息技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展豐富了遙感數(shù)據(jù)資源，美國、俄羅斯、日本、歐空局、中國、法國、印度等國相繼研制并發(fā)射了地球遙感衛(wèi)星，形成了多個資源（陸地）衛(wèi)星系列。

隨著不同光譜、空間、輻射、時間分辨率傳感器的相繼使用以及遙感應(yīng)用模型和相關(guān)學科的發(fā)展，遙感已經(jīng)進入一個能動態(tài)、快速、多平臺、多時相、高分辨率地提供對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。主導地質(zhì)調(diào)查和地學研究的“3S”技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于國土資源調(diào)查、環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測、水文調(diào)查、地學研究等領(lǐng)域。

2 北京地質(zhì)環(huán)境問題及其調(diào)查監(jiān)測工作概況

（1）北京地質(zhì)環(huán)境問題

北京平原地處華北平原西北端，三面環(huán)山，地勢西北高東南低。近年來，隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，人口劇增，工程活動很多，致使北京城市地質(zhì)問題日益突出，甚至引發(fā)了一些地質(zhì)災(zāi)害，給城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及人民生活造成了不可忽視的有害影響。

北京山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷，北京平原地面沉降已經(jīng)引起關(guān)注。地質(zhì)災(zāi)害常造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

北京山區(qū)采礦歷史已有百余年，礦山常常占用大量土地、破壞植被、污染礦區(qū)周圍地表水，給山區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來了一定威脅。

（2）北京地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測工作概況

針對目前存在的地質(zhì)環(huán)境問題，北京市已經(jīng)先后開展了地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測工作。但在工作中還存在一些不足，如調(diào)查技術(shù)手段和工作方法單一；地質(zhì)環(huán)境動態(tài)調(diào)查監(jiān)測周期長，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速更新對地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)事件預(yù)測、預(yù)報精度不夠等等。

遙感技術(shù)具有快速、動態(tài)、宏觀、準確、多時相等優(yōu)勢，解決了工作中“點”代“面”的監(jiān)測問題，是地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測的重要手段，具有良好的應(yīng)用前景。我們在這方面已經(jīng)起步，正在努力學習國內(nèi)外有關(guān)先進技術(shù)，以提高北京地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測工作的科學水平。

3 北京市地質(zhì)環(huán)境遙感應(yīng)用前景和應(yīng)用實例

3.1 北京市遙感數(shù)據(jù)資源豐富

（1）定期大比例尺航片

2000年以后，北京開始每年進行一次航拍，目前存有2001~2006年六環(huán)區(qū)域內(nèi)1:2000和全市域1:10000的正射航空影像數(shù)據(jù)（真彩色）。

（2）全市域多類型、多波段、多時相的衛(wèi)星數(shù)據(jù)

北京擁有大量多時相、覆蓋全市域的商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，多光譜MSS、TM、ETM、ETM+、SPOT2、SPOT 4、ALOS、中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)；高分辨率數(shù)據(jù)SPOT5、IKONOS、QUICKBIRD、ERS，一些數(shù)據(jù)涵蓋可見光、近紅外、熱紅外等波段。

（3）短周期小衛(wèi)星數(shù)據(jù)

2006年以后，北京開始接收“北京一號”小衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用于奧運期間及以后的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及管理、資源環(huán)境調(diào)查監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報等項目。其數(shù)據(jù)重返周期較短，在5~7天左右；多光譜數(shù)據(jù)幅寬600km×600km，一景數(shù)據(jù)可以覆蓋全市，全色數(shù)據(jù)幅寬24km×24km，56景數(shù)據(jù)覆蓋全市。

（4）珍貴的歷史航空影像數(shù)據(jù)

北京存有大量的上世紀50~80年末的歷史航空影像數(shù)據(jù)，如1∶2.5萬北京山區(qū)黑白航片，1∶1萬、1∶2千覆蓋全市的真彩色航片，1∶6.7萬的全市彩紅外航片等。

3.2 遙感技術(shù)為地質(zhì)環(huán)境研究提供技術(shù)支持

（1）多源遙感處理技術(shù)的成熟應(yīng)用

近年來，遙感圖像處理方法逐漸走向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化階段。從早期廣泛使用的人工目視遙感解譯到現(xiàn)在的自動計算機算法圖像處理，大大帶動了遙感技術(shù)的深度應(yīng)用和準確度提高。遙感數(shù)據(jù)的圖像校正、圖像增強、多源遙感數(shù)據(jù)融合、圖像分類、生物物理建模，海量遙感數(shù)據(jù)的存儲、管理、壓縮等圖像處理技術(shù)，取得了突破性的進展，并進入實用化階段。多源遙感處理技術(shù)的成熟應(yīng)用可以有效提取地質(zhì)環(huán)境的相關(guān)信息，使其研究更加深化。

（2）RS與GIS、GPS集成及綜合應(yīng)用

遙感（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）3種技術(shù)集成為“3S”技術(shù)。在“3S”技術(shù)集成中，遙感用于實時、快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息；地理信息系統(tǒng)是對多種來源的時空數(shù)據(jù)進行綜合處理分析和應(yīng)用的平臺；全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要用于實時、快速地提供目標物的空間位置。遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析與應(yīng)用運行系統(tǒng)。

目前，“3S”技術(shù)已經(jīng)不僅僅是指遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)三者，而是泛指遙感技術(shù)與其他新技術(shù)的結(jié)合，包括與傳統(tǒng)技術(shù)方法的有機結(jié)合。3S技術(shù)的集成和綜合應(yīng)用可以有效完成數(shù)據(jù)的空間分析、海量數(shù)據(jù)存儲管理等，為地質(zhì)環(huán)境研究提供了技術(shù)保證。

3.3 北京市地質(zhì)環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用實例

（1）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測

隨著遙感技術(shù)及其他相關(guān)高新技術(shù)的高速發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)用已經(jīng)由常規(guī)遙感調(diào)查步入全面動態(tài)監(jiān)測階段。遙感技術(shù)可以貫穿于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測、預(yù)警、評估的全過程。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)用，主要是針對泥石流、滑坡及崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警，通過遙感影像可以直觀的識別出崩塌、泥石流、采煤區(qū)的采空塌陷等災(zāi)害體及其影響范圍、發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境等。

北京市先后對懷柔山區(qū)的崩塌、泥石流及房山煤礦地區(qū)的采空塌陷等災(zāi)害進行了航空遙感調(diào)查，圖1、2、3所示。特別是從房山煤礦地區(qū)采空塌陷航空影像圖中，已經(jīng)明顯看出塌陷坑呈線狀分布的狀況。

圖1 北京懷柔山區(qū)崩塌影像

圖2 北京懷柔111國道邊的泥石流影像

圖3 北京市房山區(qū)史家營采煤區(qū)的采空塌陷影像（紅外航片）

（2）礦山環(huán)境監(jiān)測

礦產(chǎn)資源開發(fā)不僅占用大量耕地，破壞生態(tài)環(huán)境，而且常常造成地下水污染，引發(fā)滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等次生地質(zhì)災(zāi)害，甚至誘發(fā)地震等重大災(zāi)害。近年采用高光譜高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)，在部分礦區(qū)開展了礦山開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測試點和應(yīng)用示范，取得了良好效果。

北京市利用航片對馮家峪鐵礦進行了近30年的礦山環(huán)境變化動態(tài)監(jiān)測，圖4所示，圖中能夠可以明顯看出馮家峪地區(qū)從未開采—無明顯開采—大規(guī)模開采的一個動態(tài)變化過程。

圖4 馮家峪鐵礦礦山環(huán)境變化影像

（3）地面沉降監(jiān)測

地面沉降是我國部分平原城市的地質(zhì)災(zāi)害問題。2007年采用InSAR技術(shù)監(jiān)測北京來廣營地區(qū)地面沉降，查明來廣營地區(qū)2004年1月14日到2005年3月9日間之最大沉降量達到110mm，其分布面積較大，見圖5。

（4）生態(tài)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測

由地質(zhì)營力誘發(fā)的生態(tài)環(huán)境變化和效應(yīng)一直備受矚目，我市在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感應(yīng)用方面取得了明顯成效。

1991年我市利用ETM影像對密云水庫暴雨前后進行了泥沙混濁量的動態(tài)監(jiān)測，見圖6所示。2002年我市又利用TM影像數(shù)據(jù)（圖7）對北京濕地進行動態(tài)監(jiān)測，重點查明濕地的分布、面積等信息，通過遙感解譯得到2002年北京地區(qū)濕地景觀格局分布圖（圖8），為北京濕地環(huán)境保護提供可靠數(shù)據(jù)。

圖6 密云水庫暴雨前后水質(zhì)(ETM＋)影像對比

圖7 2002年北京市TM影像圖

圖8 2002年北京地區(qū)濕地景觀格局分布圖

4 北京地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測前景展望

鑒于目前我們擁有豐富的遙感數(shù)據(jù)資源，我市可以進一步開展地質(zhì)災(zāi)害、礦山環(huán)境、地面沉降、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境等方面的遙感調(diào)查與監(jiān)測等工作。

（1）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查監(jiān)測、預(yù)警與評估

北京地區(qū)的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害以山區(qū)崩（滑）塌、泥石流、采空塌陷為主。在遙感影像上可以直觀識別出崩塌、泥石流、塌陷等災(zāi)體發(fā)育狀況、影響范圍等?？衫枚鄷r相的SPOT、IKONOS、QUICKBIRD、“北京一號”等高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，輔以航空遙感數(shù)據(jù)，進行信息提取，并結(jié)合GIS技術(shù)和相關(guān)地質(zhì)知識對泥石流、采空塌陷等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害進行實時或準實時的災(zāi)情調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測和損害評估。

（2）礦山環(huán)境監(jiān)測

利用多時相的QUICKBIRD、“北京一號”等高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對礦區(qū)的矸石堆、廢礦尾礦、水、土、植被等進行動態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測違法采礦情況；利用高光譜遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測礦區(qū)環(huán)境污染程度及礦山環(huán)境恢復情況。

（3）地面沉降監(jiān)測

采用InSAR技術(shù)可以監(jiān)測各種類別的地面沉降，如平原區(qū)超采地下水引起的地面沉降、采礦塌陷引起的滑坡和地面塌陷、地下管線破裂和地下工程施工引起的地面塌陷等。

（4）地質(zhì)環(huán)境評價

利用IKONOS、 QUICKBIRD、“北京一號”等高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過提取、研究地形地貌、地質(zhì)背景、工程巖組、地質(zhì)災(zāi)害、固體廢棄物處置、水體森林植被、人類工程活動等動態(tài)信息，對城市、河流流域、自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境，進行地質(zhì)環(huán)境評價。

遙感調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)進入動態(tài)、快速、多平臺、多時相、高光譜高分辨率地提供對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。它可以快速實現(xiàn)北京地質(zhì)環(huán)境問題的多層次、全方位綜合調(diào)查，其成果可以為制定城市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展國土資源及生態(tài)環(huán)境的綜合整治，提供科學依據(jù)。隨著遙感信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)不斷提高，首都地質(zhì)環(huán)境遙感技術(shù)的應(yīng)用空間會越來越廣闊。

[1]鞠建華,李加洪,李志忠等.資源環(huán)境與遙感.北京.地質(zhì)出版社,2005,6.

[2]王 平,李志忠,王永江等.國土資源遙感技術(shù)發(fā)展文集.長春:吉林大學出版社,2006,5~9.

[3]甘甫平,王潤生.高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用.國土資源遙感,2007,4:14.

The Capital Geological Environment Testing Research on Remote Sensing Surveying and Monitoring

WANG Ying
(Beijing Institute of Geology, Beijing 100120)

The remote sensing is characterized by macroscopic, fast, accurate, dynamic and realtime superiority, which can provide convenient, speedy and effective technique method and research measure on the surveying and monitoring city geological environment. Through the introduction of the present remote sensing development and the applied examples of geological environment, and combining with the problems on surveying and monitoring Beijing geological environment, we have carried on the testing research on the capital geological environment remote sensing investigation and monitoring.

geological environment; remote sensing investigation and monitoring

X87

A

1007-1903(2009)02-0035-05

王 穎，女（1981－），主要從事遙感、GIS技術(shù)在環(huán)境、地質(zhì)等方面的應(yīng)用研究。Email:star.wy@163.com