烏云其其格，馬維峰，張時(shí)忠，唐湘丹，劉文婷

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研究生院，武漢 430074;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074;3.武漢地大信息工程有限公司，武漢 430074)

基于三維的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

烏云其其格1，2，馬維峰2，張時(shí)忠2，唐湘丹3，劉文婷3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研究生院，武漢 430074;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074;3.武漢地大信息工程有限公司，武漢 430074)

總結(jié)了滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志的內(nèi)容和特點(diǎn)，建立了解譯標(biāo)志的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志信息進(jìn)行編碼，研制了基于Virtual Globe三維環(huán)境的地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)有效存儲(chǔ)管理地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志，提高地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯的工作效率具有重要價(jià)值。

Virtual Globe;地質(zhì)災(zāi)害;遙感;解譯標(biāo)志

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害日益嚴(yán)重及防災(zāi)減災(zāi)工作的重要性，使利用遙感技術(shù)開(kāi)展區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查工作成為遙感技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)［1］。利用遙感技術(shù)調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害能很大程度地排除人為因素干擾，節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，具有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，但發(fā)展還不完全成熟，還存在兩方面的主要問(wèn)題:首先，大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害的解譯還是以目視解譯或人機(jī)交互式解譯為主，視覺(jué)效果的好壞將直接影響應(yīng)用的效率和重現(xiàn)性;其次，目前還沒(méi)有建立規(guī)范的、完整的解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)，降低了解譯工作的精度。如何能更有效地提高解譯結(jié)果的精度，增強(qiáng)理解效果，在得到大量數(shù)據(jù)后將解譯信息有效利用是當(dāng)前遙感地質(zhì)解譯工作的主要問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文結(jié)合目前三維可視化、虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)了幾種典型地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志，建立了解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，研制了基于三維GIS的地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)，在三維可視化虛擬地球中對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害的遙感解譯標(biāo)志進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理。這些研究提升了對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)信息的深度挖掘與利用，突破了基于二維圖像解譯的表現(xiàn)形式，改變了傳統(tǒng)遙感地質(zhì)解譯的思維方式，能夠有效提高地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯的工作效率。

1 基于三維的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志

基于三維的地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志內(nèi)容包括地形、地貌、剖面形態(tài)等。

1.1 滑坡解譯標(biāo)志

滑坡一般具有明顯的遙感影像特征，在圖像上，新滑坡的滑坡體通常呈較均勻的灰白色，老滑坡體則呈較均勻的深綠色調(diào)等特征。表1中總結(jié)了滑坡的解譯標(biāo)志特征。三維技術(shù)的應(yīng)用對(duì)識(shí)別地形地貌、活動(dòng)構(gòu)造、滑坡壁、滑坡臺(tái)階、坡度及剖面形態(tài)具有重要價(jià)值。

表1 滑坡解譯標(biāo)志Tab.1 The interpretation marks of landslide

(續(xù)表)

1.2 泥石流解譯標(biāo)志

在遙感圖像上，泥石流溝的形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)一般都能取得較好的解譯效果。但由于泥石流溝的形成多受地層巖性、斷裂構(gòu)造控制和人類活動(dòng)改造等因素的影響，并不完全具備理論上的分區(qū)特征，因此解譯時(shí)應(yīng)結(jié)合泥石流發(fā)育的背景和影像特征綜合解譯泥石流。泥石流解譯標(biāo)志特征如表2所示。

表2 泥石流解譯標(biāo)志Tab.2 The interpretation marks of debris

2 解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型建設(shè)

2.1 解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型建設(shè)

地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型的研究是地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)研究的基礎(chǔ)。本文在分析地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志的內(nèi)容和數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)理論建立了地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型。解譯標(biāo)志的所有數(shù)據(jù)被存放在一系列具有唯一標(biāo)識(shí)碼、相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系數(shù)據(jù)表中。

如圖1所示，在表格“InterpretingMarks”中存儲(chǔ)了單個(gè)解譯標(biāo)志的記錄，其中“DisasterTypeID”字段是記錄災(zāi)害類型的代碼。由于在界面中人們輸入的總是災(zāi)害類型而不是災(zāi)害類型的代碼，我們又加了個(gè)表格叫“DisasterType”，“InterpretingMarks”表格的“DisasterTypeID”字段和“DisasterType”表格關(guān)聯(lián)起來(lái)。“Landslide”表格是記錄滑坡災(zāi)害要素的。由于在解譯標(biāo)志表格中只存儲(chǔ)了災(zāi)害要素的ID，根據(jù)災(zāi)害要素的ID號(hào)的最高位數(shù)字來(lái)決定跟哪個(gè)表格發(fā)生關(guān)聯(lián)，如災(zāi)害要素的 ID號(hào)為 101，則表示跟“Landslide”表格關(guān)聯(lián)(如圖1)。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型Fig.1 Data model of geological disaster marks

2.2 解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

解譯標(biāo)志的數(shù)據(jù)庫(kù)主要保存系統(tǒng)相關(guān)的空間、屬性和文件數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的解譯成果、系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)的結(jié)果數(shù)據(jù)。解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)主要是依據(jù)三維遙感解譯數(shù)據(jù)模型，應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)模型的理論進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)(圖2)。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括災(zāi)害類型、單個(gè)解譯標(biāo)志、地貌分類單元、地形、地質(zhì)構(gòu)造和災(zāi)害要素等信息。這些信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中分別存儲(chǔ)在具有唯一命名的數(shù)據(jù)表中，包含了相關(guān)內(nèi)容的解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)屬性和元數(shù)據(jù)記錄。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)Fig.2 The design of database schema

解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括“單個(gè)解譯標(biāo)志”、“災(zāi)害類型”、“地質(zhì)構(gòu)造”、“地形”、“地貌單元”等表格，每個(gè)表格中包含的具體內(nèi)容見(jiàn)圖2，“滑坡”、“泥石流”、“崩塌”、“地面沉降”、“地面塌陷”等表格中分別存儲(chǔ)各類地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)害要素信息。

2.3 解譯標(biāo)志的編碼

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的位置、災(zāi)害類型等特征，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志進(jìn)行編碼。在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的解譯標(biāo)志編號(hào)由16位數(shù)字組成，其中前9位是地質(zhì)災(zāi)害所在地方的行政編號(hào)，接下來(lái)5位數(shù)由3位數(shù)災(zāi)害點(diǎn)編號(hào)和2位數(shù)的災(zāi)害體編號(hào)組成，最后2位是災(zāi)害類型的代碼，如“01”表示滑坡、“02”表示泥石流等。例如，編號(hào)“5401000010010001”表示地理位置在西藏自治區(qū)拉薩市薩哈的滑坡。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

結(jié)合以上數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)模型的建設(shè)，選用三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái) iTelluro［6］，建立了地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)。

在三維環(huán)境中，可以清楚地看到地質(zhì)災(zāi)害的解譯標(biāo)志特征(圖3)。在圖3(左)上可以看出滑坡影像的整體紋理比較雜亂，整體色調(diào)比較淺，房屋植被排列不規(guī)則，有面積不等的裸露面分布、滑坡舌的輪廓明顯(圖像西北角)、坡度體較周圍山體平緩等特征。在圖3(右)中可以看到泥石流的解譯標(biāo)志特征，如植被覆蓋比較差、沖積扇的形狀明顯、下游水系的顏色由于污染色調(diào)比其他地方深、沖溝下面已經(jīng)有了小規(guī)模的沖積物(如圖中紅色虛線圍限部分)、流通區(qū)長(zhǎng)而崎嶇的溝谷呈線狀分布等。

圖3 滑坡(左)、泥石流(右)解譯標(biāo)志特征Fig.3 Marks feature of landslide(left)and debris(right)

地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)通過(guò)三維環(huán)境下不同空間、屬性數(shù)據(jù)交互可視化，建立解譯標(biāo)志，交互標(biāo)繪解譯目標(biāo)，包括點(diǎn)、線、面的基本編輯功能，可對(duì)地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志進(jìn)行查詢、編輯、定位、輸出、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、檢索與管理。該系統(tǒng)還具有解譯標(biāo)志增刪改、瀏覽等功能。

圖4為滑坡解譯標(biāo)志的管理系統(tǒng)界面。在這個(gè)界面上可以新增一個(gè)解譯標(biāo)志記錄，可以刪除原有記錄，也可以修改原有的記錄;在界面上經(jīng)緯度對(duì)應(yīng)的textbox中如果存在有效的經(jīng)緯度值，當(dāng)某個(gè)解譯標(biāo)志的對(duì)象被選中的時(shí)候會(huì)自動(dòng)定位到相應(yīng)的經(jīng)緯度上;點(diǎn)擊“W”按鈕能將解譯標(biāo)志內(nèi)容導(dǎo)出到自己命名的word文件中，以便相應(yīng)的工作人員能夠隨身攜帶及查閱，導(dǎo)出的word中包含了對(duì)應(yīng)解譯標(biāo)志的圖像信息;同時(shí)在這個(gè)界面上可以對(duì)所有解譯標(biāo)志根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行模糊查詢。

圖4 基于Virtual Globe的解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)界面Fig.4 Interpreting marks management system for geological disasters based on Virtual Globe

4 結(jié)論

1)總結(jié)了滑坡和泥石流的解譯標(biāo)志，根據(jù)其解譯標(biāo)志的內(nèi)容和特征，應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)模型建立了地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)模型。依據(jù)三維遙感解譯數(shù)據(jù)模型，應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)模型理論和SQL Server 2008，設(shè)計(jì)建設(shè)了地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)。開(kāi)發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)。

2)基于Virtual Globe的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為解決基于三維遙感的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志的有效存儲(chǔ)、規(guī)范管理和信息共享具有重要意義，從而為提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)及防治中遙感解譯工作的效率提供有力支持。

［1］張景華，張建龍，歐陽(yáng)淵.遙感技術(shù)在石棉縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2011，22(1):92 －96.

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The Design and Dvelopment of the Interpreting Marks Management System for Geological Disasters Based on 3D

Wuyunqiqige1，2，MA Wei－ feng2，ZHANG Shi－ zhong2，TANG Xiang － dan3，LIU Wen － ting3
(1.Graduate School of China University of Geosciences，Wuhan 430074，China;2.Faculty of Earth Sciences，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China;3.Wuhan Infoearth Information Co，Ltd，Wuhan 430074，China)

Remote sensing has become an important technical means and method in the survey of geological disasters.This paper summarized the interpretation mark features of landslide and debris flow，built the data model of geological disaster marks and database，coded the geological disaster marks，and finally developed the management system of interpretation marks on geological disaster based on Virtual Globe.This system is valuable in effective storage and management of geological disaster interpretation marks and in improvement of the efficiency of remote sensing interpreting task.

Virtual Globe;geological disaster;remote sensing;interpretation marks

P 208

A

1001－070X(2012)02－0148－04

烏云其其格(1987－)，女，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)。

馬維峰(1976－)，男，博士，講師，主要研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)，Email:ma.weifeng@qq.com。

(責(zé)任編輯:李 瑜)

10.6046/gtzyyg.2012.02.27

2011－07－14;

2011－09－23

高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào):E0202/1112/DK03)及中國(guó)地調(diào)局三維虛擬環(huán)境下的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯平臺(tái)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):1212011120218)聯(lián)合資助。