唐 寧

（廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險技術(shù)中心，廣東 廣州 510080）

1 介紹

遙感通常被定義為通過分析地面或空氣或空間傳感器獲得的數(shù)據(jù)(通常是圖像)來獲取關(guān)于某一物體、區(qū)域或過程的信息的過程。關(guān)于遙感原理和數(shù)字圖像處理與解譯的背景信息，讀者可以參考教科書和手冊(如文獻[1-3])。由于航空照片的日益普及，遙感在地質(zhì)學(xué)上的系統(tǒng)應(yīng)用始于20 世紀。最初，黑白攝影被用于偵察地質(zhì)制圖[4]。另一個重要步驟是1972年發(fā)射地球資源技術(shù)衛(wèi)星1 號(ERTS-1)，這標(biāo)志著利用星載傳感器繪制地球資源地圖。在這里，我們討論了一些創(chuàng)新的遙感技術(shù)及其在滑坡/邊坡不穩(wěn)定、地震和火山災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用。這些危險可能影響廣泛的地區(qū)，并需要天氣(可能低成本)的信息來進行評估。同時也為新的遙感技術(shù)在特定地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用提供了有代表性的參考。

2 創(chuàng)新的遙感技術(shù)和應(yīng)用

2.1 無人飛行器

無人機，也被稱為無人駕駛航空系統(tǒng)(UAS)，遠程駕駛飛機系統(tǒng)(RPAS)或簡單的無人機，通常需要一個人在地面[5]操作。無人機可以搭載各種類型的簡單或復(fù)雜的成像傳感器。然而，它們通常包括用于收集非常高分辨率(cm-dcm)圖像的輕型數(shù)碼相機。鑒于調(diào)查調(diào)度的靈活性，無人機特別適合在應(yīng)急響應(yīng)階段(如文獻[6])快速評估地質(zhì)災(zāi)害。此外，由于飛行時間延長(數(shù)小時)，有了一天的監(jiān)測能力，監(jiān)測活躍的地質(zhì)災(zāi)害(例如火山、滑坡)。

重要的是，作為通常低空飛行的平臺，無人機也可以在低空云層條件下獲取圖像。然而，在強風(fēng)的情況下，它們的應(yīng)用可能會受到限制(甚至是不可行的)。航空法規(guī)還可以顯著限制無人機的使用。機載激光雷達和衛(wèi)星分別提供區(qū)域和從區(qū)域到全球尺度的覆蓋，無人機最適合在較小的區(qū)域和局部尺度的應(yīng)用(例如，3D地圖[7]；工程地質(zhì)調(diào)查[8])。

2.2 激光雷達

Tratt[9]對激光雷達技術(shù)進行了較好的概述。激光雷達依靠激光束掃描，生成地面及相關(guān)自然和人工特征的空間“連續(xù)”高分辨率圖像(點云)。地面激光掃描儀(Terrestrial Laser Scanner,TLS)和機載激光掃描儀(Airborne Laser Scanner, ALS)的區(qū)別，即機載激光掃描(Airborne Laser Swath Mapping, ALSM)，前者更適合局部尺度的應(yīng)用，后者更適合區(qū)域尺度的應(yīng)用。TLS 和ALS 可以分別實現(xiàn)dcm和cm的空間分辨率以及sub-cm和dcm的測量精度。

ALS被用來制作高分辨率地形圖和數(shù)字高程模型(DEM)，用于局部到廣域的地質(zhì)災(zāi)害研究。數(shù)字相機通常用于機載激光雷達測量，以獲取高分辨率的光學(xué)圖像。此外，通過重復(fù)的TLS或ALS測量提供地表變化檢測。該方法已被用于滑坡運動和土壤侵蝕體積估計[10]和火山活動評估和監(jiān)測。重要的是，在植被茂密的情況下也可以得到很好的結(jié)果。例如，Cunningham等人報道了一個有趣的案例，即在森林覆蓋的山區(qū)繪制地震斷層圖。

然而，多時間激光雷達有重大的成本，特別是在航空調(diào)查的情況下。使用TLS 進行常規(guī)重復(fù)測量更可行，盡管如此，在掃描過程中需要人工操作人員的在場。一個重要的缺點是TLS和ALS儀器很昂貴。

2.3 衛(wèi)星多時相干涉術(shù)

常規(guī)差分干涉測量(DInSAR)和先進的MTI技術(shù)，如持久性散射體干涉測量-psinsar?/PSI和相關(guān)方法，以及小基線子集sbas和類似方法，都依賴于定期重新訪問相同感興趣區(qū)域的衛(wèi)星獲取的雷達圖像。利用這些技術(shù)，我們可以測量星載雷達傳感器與雷達發(fā)射的后向散射電磁輻射的地面特征(如建筑物、道路等人造結(jié)構(gòu)，也包括裸露的巖石和裸露的地面)之間的距離變化。

在植被稀少的地方，MTI可以提供精確(毫米厘米分辨率)的高密度測量(從幾十點/幾百點/平方公里到數(shù)千點/平方公里)，對緩慢(毫米—厘米/年)的地表或人造建筑變形進行測量。雷達衛(wèi)星提供區(qū)域到全球的覆蓋以及幾乎全天候(透過云層“看”)的測量能力。在過去10年里，MTI用戶受益于新一代雷達傳感器(cosmos- skymed constellation 和 TerraSAR-X)的空間分辨率(從3～1m)和時間分辨率(從11～4d)的改進。自2014 年起，MTI 在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用可以利用歐洲航天局的Sentinel-1 雷達衛(wèi)星任務(wù)。Sentinel-1 提供常規(guī)的全球尺度覆蓋，高時間分辨率(從12～6d)，更重要的是，免費圖像。

自20世紀90年代以來，雷達干涉術(shù)已被用于研究與地震和火山災(zāi)害有關(guān)的地面變形（如歐洲航天局的一份綜合報告概述了MTI和其他空間運載技術(shù)在具體地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用以及相關(guān)文獻）。在以研究為導(dǎo)向的滑坡和不穩(wěn)定邊坡工程地質(zhì)調(diào)查中，常規(guī)In-SAR 和MTI 的使用已經(jīng)在科學(xué)文獻中得到了充分的討論。

3 結(jié)論

新一代航空和空間傳感器以及創(chuàng)新的遙感技術(shù)能夠提供制作詳細地形圖和數(shù)字高程模型所需的高分辨率圖像。背景地形資料可以經(jīng)常更新，是地質(zhì)災(zāi)害制圖和評估的必要輸入。

此外，通過重復(fù)的激光雷達測量和MTI 可以實現(xiàn)地面位移的高精度測量。衛(wèi)星雷達非常適合于多尺度(從區(qū)域到局部尺度)的地面變形監(jiān)測，因為其覆蓋范圍廣泛/全球范圍，并且定期更新(例如Sentinel-1任務(wù))。