牛宗碩， 孫新輝， 朱廣毅

(1.昆明理工大學，云南昆明 650093；2.云南省地質環(huán)境監(jiān)測院，云南昆明 650093)

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高精度衛(wèi)星遙感影像在景谷縣地質環(huán)境調查中的應用

牛宗碩1， 孫新輝1， 朱廣毅2

(1.昆明理工大學，云南昆明 650093；2.云南省地質環(huán)境監(jiān)測院，云南昆明 650093)

選擇SPOT-6衛(wèi)星高精度遙感影像，以人類工程活動區(qū)域為解譯范圍，以RGB彩色合成圖像作為解譯的標準圖像，經圖像校正與增強、圖像融合與圖層疊加處理后，對景谷縣自然地質環(huán)境、人類工程建筑等地理要素和滑坡、崩塌、泥石流等地質災害進行了遙感解譯。結果表明，景谷縣3大地質災害主要分布在河流兩側、山體陡峭區(qū)域，主要受植被破壞以及人類工程活動的影響。

高精度衛(wèi)星遙感影像；遙感解譯；地質環(huán)境；地質災害

云南省景谷傣族彝族自治縣(簡稱“景谷縣”)是一個地質環(huán)境較為復雜的地區(qū)，每次地質環(huán)境調查工作中都耗費了大量的人力和物力，尤其是偏遠山區(qū)，各個方面相對落后，給地質環(huán)境詳細調查工作帶來了諸多困難。當前，高精度衛(wèi)星遙感影像解譯技術發(fā)展迅速，精度和解譯技術都有了很大的提高，尤其是在地質環(huán)境詳細調查中的應用，更能體現(xiàn)該技術的先進性、實用性與高效性。筆者著重介紹了高精度衛(wèi)星遙感影像在云南省景谷縣地質環(huán)境詳細調查工作中的應用，為景谷縣的地質環(huán)境詳細調查工作提供了高效的技術手段，同時也為景谷縣地質災害監(jiān)測工作提供了技術和理論支持。

1 研究方法與數(shù)據來源

1.1 研究區(qū)地質環(huán)境概況

景谷縣地處我國低緯度地區(qū)，地形地貌復雜，山脈縱橫、坡體陡峭，垂直變化大。氣候類型屬南亞熱帶季風氣候，雨量豐沛，縣境內江河密布，均屬瀾滄江水系。全縣位于橫斷山脈南端，重巒疊嶂，瀾滄江水系迂回蜿蜒[4]。總體地勢由北向南傾斜，呈山川相間帚狀分布，各河谷從低到高分布著谷地、丘陵、山地等，形成河谷幽深，山坡陡峻，中山寬谷盆地鑲嵌其中的地貌景觀，相對最大高差達2 320 m。地質構造為三江印支褶皺系、昌寧—瀾滄復背斜和蘭坪—思茅上疊拗陷復合地帶，為思茅斷裂與瀾滄江斷裂帶之間的弧形塊區(qū)，構造特征為向南東和南西撒開、向北西和北東收斂的特點?？h域新構造運動主要表現(xiàn)為上升運動，明顯表現(xiàn)出構造運動的繼承性，差異性和間歇性[4]。近年來，景谷縣人類活動及經濟建設不斷擴大和加速，諸如開采礦石、興修水利、修筑公路、毀林開荒、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村建設等，極大地改變了縣境內地質環(huán)境條件，致使水土流失加劇，坡體穩(wěn)定性降低，棄渣堆放不合理，并引發(fā)地表變形，破壞河道平衡等，從而造成河床淤積，岸坡再造，致使地質災害頻發(fā)?？h境內多地區(qū)的滑坡、崩塌、泥石流等地質災害直接威脅人民生命財產安全。

1.2 研究方法

高精度遙感技術通常理解為在特定飛行器(衛(wèi)星、無人機、有人機等)上安裝接收裝置，收集地面各種地物地貌的電磁輻射信息，利用專業(yè)解譯知識判斷地質環(huán)境特征的一門技術。遙感技術的發(fā)展已經歷100多年的歷史，由低精度遙感發(fā)展到高精度遙感，由軍事機密技術發(fā)展到各個行業(yè)，高精度遙感技術已經成為當今社會應用最廣的一門技術。當前，高精度遙感技術應用廣泛，主要應用于資源勘查、地質測繪、數(shù)字城市、地質環(huán)境調查、地質災害監(jiān)測等領域[3]。由于高精度遙感技術具有獲取范圍廣、時實效率強、解譯精度高、獲取手段多等特點，已成為開展地質環(huán)境調查工作的重要手段之一。

1.3 衛(wèi)星遙感影像獲取與處理1.3.1

衛(wèi)星選取與數(shù)據獲取。該研究選擇SPOT-6衛(wèi)星，它是由歐洲領先的空間技術公司(Astrium)制造，于2012年9月9日成功發(fā)射，是一顆提供高分辨率光學影像的對地觀測衛(wèi)星，具有60 km大幅寬和高至1.5 m分辨率的優(yōu)勢，能夠以每天600萬km2的覆蓋能力訪問地球上任何地方。遙感圖像數(shù)據獲取要結合景谷縣特殊的地質環(huán)境特征進行選擇，主要要求以下兩方面：一是空間分辨率的選擇。地質環(huán)境調查的主要任務就是對人民活動的區(qū)域進行遙感解譯，分析地質災害發(fā)生的可能性，所以此次空間分辨率要求小于等于3 m，解譯范圍為人類工程活動區(qū)域。二是波段組合方面的選擇。由于該地區(qū)植被發(fā)育茂盛，大氣密度大，給衛(wèi)星的數(shù)據采集造成了一定的影響，所以在實際工作中，主要采取RGB彩色合成圖像作為解譯的標準圖像。

1.3.2 圖像校正與增強處理。獲取得到的遙感數(shù)據需要進行圖像校正和增強處理，主要原因是內部和外部誤差的影響造成遙感圖像失真，甚至發(fā)生小幅度的形變，所以為了增大地質環(huán)境解譯工作的準確性，需要對原始遙感圖像進行處理，得到更可靠的圖像。校正內容主要為幾何校正，目的是消除傾斜誤差和投影誤差[2]。校正方法為基于多項式的幾何校正。除了進行遙感圖像校正之外還要進行增強處理，常用的遙感圖像增強處理的方法有灰度增強、彩色增強、邊緣增強等。遙感圖像增強處理的目的是提高遙感圖像的視覺性，使遙感圖像更加真實，利于景谷縣的地質環(huán)境調查。

1.3.3 圖像融合與圖層疊加。遙感圖像經過校正和增強處理以后還需要進行融合處理，融合處理是采用一定的數(shù)學算法把不同的遙感數(shù)據融合在同一坐標系中，生成新的信息或合成圖像的過程。當前常用的圖像融合方法有信號級融合法、像元級融合法、策級融合法和決特征級融合法[2]。為了達到更高的精度，此次采用的是像素級融合法。圖層疊加目的是把等高線、行政區(qū)域、地質構造、經緯網等數(shù)據利用MapGIS軟件進行疊加，使遙感數(shù)據和矢量數(shù)據共同顯示在軟件的窗口上，這樣更加直觀，利于對地質環(huán)境的解譯。

2 結果與分析

2.1 景谷縣地理要素解譯

2.1.1 自然地質環(huán)境。

(1)地理位置。景谷縣位于云南省普洱市中部地區(qū)，地理坐標為100°02′～101°07′E、22°49′～23°52′N。經緯網上顯示北回歸線從縣城周邊通過，為典型的南亞熱帶地區(qū)。東與寧洱相接，南及東南與寧洱、普洱相連，西與雙江、臨滄2縣隔江相望，北和鎮(zhèn)沅縣毗鄰。景谷全縣東西間隔107 km，南北相隔115 km，總面積7 550 km2。

(2)地形地貌?？h境內山體發(fā)育較多，河流縱橫切割，山脈和峽谷相間分布，山間平壩星羅棋布，縣域總體發(fā)育為中山山地間谷地鑲嵌的地貌形態(tài)。西部和東南部分別受瀾滄江及其支流和小黑江及其支流的切割作用，呈現(xiàn)出山谷幽深、高山峽谷的地貌形態(tài)；而由北至中東部地區(qū)多為中山、丘陵和盆地相間的地貌形態(tài)，山體連綿起伏，多沿構造線呈北東—南西向延伸，盆地多平坦而開闊，偶有低中山和丘陵點綴其間。

(3)溝谷、水系。由于氣候溫和，雨量充沛，江河密布，景谷縣地表水系較為發(fā)育，多數(shù)水源流程短，部分溝谷為干箐。全縣境內河流共計94條，累計全長1 863.54 km，總徑流面積7 777.00 km2?？h境內主要河流均屬瀾滄江水系，包括瀾滄江、威遠江、景谷河、民樂河等。

(4)土地。景谷縣共有土地75.18萬hm2，其中，耕地5.74萬hm2，林地58.33萬hm2，荒山荒地2.03萬hm2，園地6.48萬hm2，水域1.04萬hm2，其他用地1.56萬hm2?？h內共有大小壩子23個，總面積4.80萬hm2。全縣土壤分布有赤紅壤、黃棕壤、棕壤、紫色土、沖積土和洪積土等，其中赤紅壤的面積為最大，占可利用土地面積的60.6%，是農業(yè)種植的主要土壤。

(5)森林。景谷縣林業(yè)用地58.33萬hm2，占總面積的77.5%，森林覆蓋率達74.7%，森林大多分布在山體的斜坡上，局部山體呈黑色，為人類砍伐森林、燒山所致。從遙感影像不難發(fā)現(xiàn)位于山脊兩側的植被發(fā)育較差，顏色較淺呈鮮綠色；位于溝谷兩側的植被發(fā)育較好，顏色較深，呈深綠色，這也是判斷山脊和溝谷的重要標志之一。

2.1.2 人類工程建筑。

(1)房屋。根據景谷縣遙感圖像，對縣城區(qū)域以及各個村鎮(zhèn)的居民點進行矢量化，著重解譯山區(qū)村鎮(zhèn)和居民點的房屋建筑，尤其是靠近山坡的居民點，要分析該居民點是否存在地質災害隱患。

(2)道路。道路矢量化是地理要素矢量化的重要工作之一，景谷縣道路四通八達，包括城區(qū)道路、省道、縣道乃至鄉(xiāng)村小路，每條道路需要精細解譯，尤其是毗鄰不穩(wěn)定斜坡的路段，要加大解譯力度。

(3)廠礦。景谷縣區(qū)域廠礦開采較多，有銅礦、鹽礦、有色金屬礦、采石場，諸多礦產資源的開采勢必影響了周邊的地質環(huán)境特征，部分開采區(qū)域屢有地質災害發(fā)生，因此要對廠礦進行精細遙感解譯。

(4)壩體、橋梁。景谷縣有多條流域，縣境內水系發(fā)育豐沛，人工水利工程(水庫、水電站)都修建有大型壩體和橋梁，壩體失穩(wěn)同樣會給縣城造成一級乃至多級次生傷害。

2.2 景谷縣地質災害遙感解譯

根據云南省政府要求，要大力進行地質環(huán)境調查工作，摸清云南省山區(qū)地質環(huán)境和地質災害特征。地質環(huán)境調查工作往往局限在傳統(tǒng)的野外踏勘之中，而新興的高科技技術卻不能得到更好地推廣和應用。采用高精度遙感技術分析景谷縣地質環(huán)境要素，確定滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的類型、空間分布、規(guī)模大小及災情等級，評估地質災害形成的地質環(huán)境特征，編制遙感解譯圖件及報告。地質環(huán)境背景主要解譯與滑坡、泥石流、崩塌等地質災害形成有關的各種地質特征，包括地形地貌、地質構造、地層巖性以及人類工程活動等。

2.2.1 滑坡解譯?；碌慕庾g工作較為復雜，經歷較長時間的運動滑坡，由于地表植被覆蓋、人類開山造田、地質運動等影響，滑坡的原有形態(tài)被破壞，這就給滑坡的解譯帶來了困難，尤其是大型的古滑坡，其原有的結構特征遭到破壞，加大了解譯的難度。

滑坡具有明顯的結構特征，可以根據滑坡的結構進行解譯。如圖1所示，在遙感圖像上可以利用滑坡的結構進行解譯[5]。已失穩(wěn)的古滑坡在結構上與周邊地形特征不同，具有后緣塌陷形成峭壁或溝谷，側緣斷裂形成裂縫，中部土地隆起，前緣呈流狀，整體地形起伏不平，呈波浪狀或臺階狀。通?；麦w在高精度遙感圖像上呈簸箕形、舌形、V字形等形態(tài)。新形成滑坡可以見到后緣、滑坡壁、滑坡臺階、側緣、滑坡舌等特征。現(xiàn)實中的滑坡往往不會具有如此明顯的結構特征，經過地質運動和人類造田活動，滑坡的結構被破壞，地表特征不復存在，但滑坡的地下特征尚在，可以反映到地表特征上，后緣和側緣由于滑坡的位移，形成裂縫和溝谷，地下水發(fā)育，植被往往發(fā)育茂盛。如圖2a所示，H062號滑坡側緣及后緣植被發(fā)育茂盛，滑坡臺階有耕地，其他部位植被覆蓋小，滑坡規(guī)模較小，呈簸箕形，前緣河流徑流，坡體失穩(wěn)，威脅后緣的李家村。

有的滑坡具有明顯的地貌特征，在滑坡單體識別中可以分析滑坡影像的形態(tài)、紋理、色調等特征加以識別。如圖2b所示，H037號滑坡整體地貌呈臺階狀，遙感圖像可見暗色條紋，即滑坡臺階，坡體植被不發(fā)育，呈灰褐色，側緣的村落為威脅對象。在大范圍地形地貌識別中，滑坡多在山體的陰坡、植被不發(fā)育的強風化基巖上以及河流匯集處的上游等地點[3]。

水流是影響滑坡發(fā)育的重要因素，暫時性的水流主要有降雨、洪水等，連續(xù)性水流主要為江河、溪流、湖泊等，一方面由于水流沖刷造成坡腳的重力失穩(wěn)，另一方面由于水流的浸泡造成砂土液化，坡體最終失穩(wěn)，失穩(wěn)的坡體滑動以后，會改變河流的流向，造成河流堵塞或者河流彎曲，所以靠近河流的坡體要精細解譯[1]。如圖2c所示，H006號滑坡位于威遠江左岸，河流由南向北徑直而流，到達此處河流突然改向，左側坡體突出，坡體多出發(fā)育剪切裂縫，可以斷定是滑坡的隱患點。昔俄村位于滑坡體上，由于威遠江的水動力因素，坡體極有可能再次失穩(wěn)。

滑坡的解譯工作除了重點的村鎮(zhèn)外，還需對各種工廠、礦山、大型建筑物的周邊進行解譯，這類坡體往往被人類工程活動所破壞，形成更為陡峭的非自然坡體，在一定的自然和工程活動的影響下，如地震、降雨、坡腳開挖、工程爆破等可能造成坡體失穩(wěn)[6]。圖2d為采石場，采石場地質結構一般較為穩(wěn)定，但遇到地震、爆破可能造成坡體失穩(wěn)。圖2e為橡膠廠，橡膠廠失穩(wěn)的原因主要是坡體前緣開挖劇烈，形成陡坎，土質坡體極易失穩(wěn)。

利用高精度遙感技術對景谷縣地質環(huán)境進行調查，首先根據影像特征識別滑坡體，然后勾繪出災害范圍，確定其規(guī)模和性質，分析其危害程度和發(fā)展趨勢等。隨著高分辨率的彩色圖像出現(xiàn)，大大地提高了對地質災害調查的能力，減輕了地質工作者的工作量，同時也減少了地質災害造成的損失。

2.2.2 崩塌解譯。崩塌體一般發(fā)生在陡峻山崖上，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育是造成崩塌的內在因素。崩塌體的坡度較陡，一般為45°～75°，該地段上陡下緩，崩塌堆積體分布在下方的平緩地段，其表面粗糙不平，多有隆起，植被發(fā)育較少[3]。崩塌體邊界線明顯，多呈不規(guī)則狀，等高線較密，崩塌壁顏色多呈淺色調，與周邊色調區(qū)別明顯，無植被生長。如圖3a所示，崩塌體上方形成危巖體陡崖，呈暗色，下部為崩塌堆積體，呈淺色，無植被生長，可判定此崩塌處于運動狀態(tài)。趨于穩(wěn)定的崩塌，其崩塌壁色調呈深色，表面粗糙度減少，可見少量植被生長。

景谷縣為高山峽谷地貌，所以特別應注意陰影部分的影響。有的崩塌壁發(fā)育成陡崖，采集遙感數(shù)據時，由于光照方向影響，崩塌體會被陰影所遮擋，可以利用這一信息對崩塌體進行解譯。如圖3b所示，B001號崩塌體圖像呈條暗色帶狀，最暗色條紋為崩塌體陰影，判斷為臨空陡崖，災體上部植被覆蓋較好，下方堆積體為鐵爐組住戶。

崩塌隱患點可以從本地的地質構造特征加以判斷，若本地的地質構造出現(xiàn)地層分界線，不同的地層其巖性不同，由于地質動力的作用，破壞了地下基巖的穩(wěn)定性，則可能出現(xiàn)崩塌體[1]。如圖3c所示，崩塌體下方有一條地層分界線，北側為玄武巖，南側為灰?guī)r，崩塌體北側的暗色區(qū)域形成陡崖臨空危巖分布區(qū)，所以解譯為一崩塌隱患點。

除此之外，還應對大型建筑周邊的坡體進行精細解譯，人類的工程活動往往是造成崩塌的二次因素。如圖3d所示，水泥廠坡腳開挖，形成陡崖；圖3e坡下開山拓路，形成陡坎。根據顏色和地層的判斷，一處為巖體崩塌，一處為土體崩塌，影響對象均是坡體下方的人類工程建筑。

2.2.3 泥石流解譯。利用高精度遙感圖像對泥石流的形成情況進行分析，確定泥石流的性質、規(guī)模、危害程度等特征。泥石流分為3個區(qū)(形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū))，在解譯過程中

要結合這3個區(qū)進行分析：形成區(qū)的山坡陡峻，地層復雜，基巖風化嚴重，地表覆蓋松散，為泥石流的物源提供了物質基礎，通常物源的形成大多為松散地表覆蓋物，在降雨的作用下，溝谷兩側的坡體失穩(wěn)，在遙感衛(wèi)片上，該區(qū)域的色調較淺，紋理復雜，地形多變；流通區(qū)的溝谷直短，縱坡較小，蓄水量較小，溝谷較窄，水流較急，遙感色調稍深；堆積區(qū)位于溝谷出口處，通常堆積區(qū)植被發(fā)育較好，局部種有農田，中間有水支流匯入水干流。由于景谷縣多山多谷的地形地貌特征，使得縣境內的泥石流主要為大型泥石流，且大都分布于高山峽谷中，毗鄰河流，雨季發(fā)生的概率較大。

如圖4所示，N002號泥石流溝的特點是流域面積較大，形成區(qū)地表色調較淺，植被覆蓋較差，地勢陡峭；流通區(qū)色調稍

深，地勢稍緩；堆積區(qū)有支流匯入干流，耕地開墾，地勢平坦。

3 結論

該研究對景谷縣的地質環(huán)境進行遙感解譯，總結出景谷縣3大地質災害主要發(fā)生在以下區(qū)域[7]：

(1)河流兩側。由于河流的沖刷，水動力增大，坡腳失去承載力，致使坡體失穩(wěn)。

(2)山體陡峭區(qū)域。景谷縣以高山峻嶺地貌居多，部分山體坡角大于35°，地表覆蓋若是松散土層或者是順向巖層，這種山體極易發(fā)生地質災害。

引起地質災害的原因主要有：

(1)植被破壞。植被本身具有固定地表結構的作用，多數(shù)水土流失往往是植被的破壞造成的，植被的破壞加劇了水土流失的可能性。

(2)人類工程活動。人類的工程活動破壞了地形地貌原有的結構，致使地質災害的發(fā)生。

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本刊提示 來稿請用國家統(tǒng)一的法定計量單位的名稱和符號，不要使用國家已廢除了的單位。如面積用hm2(公頃)、m2(平方米)，不用畝、尺2等；質量用t(噸)、kg(千克)、mg(毫克)，不再用擔等；表示濃度的ppm一律改用mg/kg、mg/L或μl/L。

Application of High Precision Satellite Remote Sensing Image in Investigation of Geological Environment of Jinggu Autonomous County

NIU Zong-shuo1, SUN Xin-hui1, ZHU Guang-yi2

(1. Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093; 2. Yunnan Institute of Geological Environment Monitoring, Kunming, Yunnan 650093)

Adopting SPOT-6 high precision satellite remote sensing image, with human engineering activities region as interpretation range and RGB color composite image as standard image, through image correction and enhancement, image fusion and overlay processing, remote sensing interpretation was conducted on geographical factors such as natural geological environment, human engineering and construction,geological disasters including landslide, collapse, debris flow in Jinggu Autonomous County. The results showed that three major geological disasters are mainly distributed in both sides of the river, mountain steep area, mainly due to the influence of vegetation destruction and human engineering activities.

High precision satellite remote sensing image; Remote sensing interpretation; Geological environment; Geological disaster

2015-11-28

S 127

A

0517-6611(2015)35-357-04

牛宗碩(1989-)，男，河北張家口人，碩士研究生，研究方向：衛(wèi)星遙感。