综合遥感在地质灾害调查中的应用研究

综合遥感在地质灾害调查中的应用研究

陈均亮1，2魏蕾3

 1.云南省有色地质局勘测设计院   2.西南有色昆明勘测设计(院)股份有限公司

3.云南省地质环境监测院

摘  要分析综合遥感在云南省2020-2022年合计三批次的县域地质灾害精细化调查中的应用及效果，阐明各遥感手段的基本原理、地灾调查中的应用及适用条件，分析综合应用。

关键词综合遥感地质灾害应用

引言

遥感技术是利用遥远传感器收集地球表面的数据，并将这些数据转换为可视和可操作的信息，在计算机上可视化分析。综合遥感技术是通过结合不同类型的遥感信息，获取更加全面和精确的数据来研究地球表面的自然环境，帮助人们及时掌握重要的自然环境信息和异常现象如地质灾害等。利用综合遥感技术，人们可以不断地监测这些现象，及时辨认出潜在的危害，从而更好地应对。2020-2022年，云南省进行了三批次共计120余县的地质灾害精细化调查，遥感调查是其中重要一环，大多县域采用的为综合遥感包括InSAR、光学、无人机、热红外等。以下就各种遥感手段的应用侧重及相互配合作研究。

1InSAR

1.1基本原理

InSAR（干涉雷达）指采用干涉测量技术的合成孔径雷达，是新近发展起来的空间对地观测技术，是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。它利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR复图像对，若复图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化，可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等。

1.2在地质灾害调查中的应用

收集县域SAR数据：以2022批次滇东北某县市为例（下同），采用免费开放的欧空局哨兵-1号（Sentinel-1，C波段）卫星数据。植被覆盖密度高的地区综合应用哨兵-1号与ALOS-2（L波段）卫星数据。工作区哨兵-1号的升、降轨数据选择获取时间较新的（如下图表）。

据工作区哨兵-1的升、降轨数据覆盖范围图、数据情况表可知：升轨数据获取时间较新，因此应选取哨兵-1号升轨数据进行分析。

InSAR数据处理：PS-InSAR处理技术流程为（1）连接图生成，首先选择既有高的散射又能保持良好干涉的区域作为研究区。出于像素相干性的考虑，对输入数据的个数严格要求，因为要找到稳定的PS点。如果输入数据不足的话，会对整个区域的相干性估计过高，从而得到估计过高的PS结果，得到错误的形变结果。PS要求至少是20景输入数据。选择一个超级主影像，根据设定的基线阈值对所有图像建立主-从关系，所有的数据都将配准到一个主图像，这个主图像可自动分配也可以自主选择。（2）干涉工作流，根据像对的连接关系，对每一对像对进行干涉工作流处理。在做干涉的时候，所有数据都匹配到主影像上，利用DEM去平，转换到主影像坐标系。（3）PS反演，第一次生成的形变结果，包括速率和高层改正值，这个结果没有去除大气影响的相位。（4）PS第二次反演，使用大气校正步骤，生成最终的形变结果。（5）地理编码所有PS相关结果（形变速率、高度残差、形变序列、 KML、矢量文件等） 投影到地图系统中。

SBAS-InSAR技术流程如下：（1）连接图生成，对输入的数据进行干涉像对的配对，输入N景数据，能得到的最大配对数是 (N*(N-1))/2，选择最优的组合方式进行配对。这些像对会进行干涉工作流处理， 然后用于SBAS反演。针对数据集特点，调试时间基线、空间基线阈值组合，得到时间基线连接图和数据集时空连接图。（2）干涉工作流，对所有配对的干涉像对进行干涉处理，从相干性生成，去平、滤波和相位解缠，所有的数据对都配准到超级主影像上，为下一步轨道精炼和重去平，以及SBAS反演做好数据准备。（3）轨道精炼和重去平，估算和去除残余的恒定相位和解缠后还存在的相位坡道。（4）SBAS反演，第一次估算形变速率和残余地形。这一步也会做二次解缠用来对输入的干涉图进行优化，以便进行下一步处理。在得到的形变速率基础上，进行定制的大气滤波，从而估算和去除大气相位，得到更加纯净的时间序列上的最终位移结果。（5）地理编码，对SBAS的结果进行地理编码，同时可以将地表形变结果投影到用户自定义方向上。SBAS-InSAR 技术提取的地表形变信息如右图。

1.3适用条件

通过监测地表形变信息，InSAR适用于具一定变形过程的地质灾害如滑坡、地面沉降、地面坍陷、地裂缝等，隐蔽性地质灾害早期识别，地面调查无法到达的高位远程地质灾害；对突发性的崩塌、泥石流遥感效果不明显，植被茂盛区域遥感效果欠佳。

2光学遥感

2.1基本原理

光学遥感通常是指从距离地面100公里以上的高空对地面的目标进行探测或从高空对天体进行探测，以获得有关信息的技术。航天光学遥感用的空间载体是人造卫星、空间站或航天飞机等，所用的光学遥感装备则是它的有效载荷。光学遥感装备是借助可见光或紫外线、红外线进行探测的空间相机、扫描仪或成像光谱仪等。光学遥感用光学系统来收集地面物体反射和发射到太空中的辐射，经光探测器转换成电信号，再进行存储、数据分析等处理，从而获取地物的空间、时间和光谱信息，提供用户进行分析、监测和识别。

2.2在地质灾害调查中的应用

光学遥感数据，按照《云南省重点区域地质灾害精细化调查与风险评价技术要求》，县域调查工作应选用地面分辨率优于1m的遥感数据，遥感影像数据一般采用BJ-2 0.8m空间分辨率的卫星影像数据，主要收集BJ-2光学遥感数据，用于全区1:5万地质灾害综合遥感解译。

数据处理，光学遥感数据由云南省遥感中心提供，收集的遥感影像已经过辐射 校正、几何校正、正射校正、数据融合、彩色合成波段选择、图像增强、图像镶嵌裁剪等预处理。收集到的数据为经过匀色处理后的真彩色影像，无原始数据。因此，能做的工作仅是对遥感影像的几何校正进行校正精度反算，确定其是否满足遥感解译相应的精度要求。使用第三次全国土地调查中宣威市行政边界线作为基图、遥感影像数据为校正图。

2.3适用条件

光学遥感可视面积大，适用于泥石流、较大规模的滑坡崩塌辨识、风险区划分，地面调查无法到达的高位远程地质灾害；对小型灾点识别效果欠佳。

3无人机航测

据《技术要求》开展地质灾害遥感应急调查（即隐患点发生灾情或险情时），宜采用无人机遥感数据。无人机数据处理包括影像预处理、空三处理、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等关键内容，最终生成所摄区域的真数字正射影像（TDOM）和数字表面模型（DSM）、三维模型等成果数据，为典型地质灾害遥感识别和精细调查提供基础遥感数据。空三是指摄影测量中利用影像与所摄目标之间的空间几何关系，通过影像点与所摄物体之间的对应关系计算出相机成像时刻相机位置姿态及所摄目标的稀疏点云的过程。处理空三后，能快速判断原始数据的质量是否满足项目交付需求以及是否需要增删影像。二维地图和三维模型都必须先做空三处理。

无人机航测适用于隐患点的调查，六大灾种均适用；对区域调查力所不及。

4综合应用

综合应用即采用两种及以上遥感手段对某地质灾害进行调查研究，充分利用各遥感手段的适用条件（优缺点），取长补短，如大型滑坡崩塌可采用InSAR+光学，泥石流可采用光学+无人机航测。

实例，研究采空区地面塌陷采用光学遥感影像特征基础上，使用哨兵一号（Sentinel-1）雷达数据，选择PS-InSAR和SBAS-InSAR进行数据处理，获取研究区地表形变速率图，圈定采空区塌陷范围；同时使用Landsat-8卫星TIRS热红外波段数据，进行温度反演，根据温度差异圈定采空区。在野外实地调查基础上，根据不同遥感数据的解译结果，进行地面塌陷的综合解译，对各种技术方法的应用效果进行分析。主要结论：（1）对现有地面塌陷（隐患）进行识别，SBAS-InSAR技术好于PS -InSAR，热红外遥感由于分辨率较低，识别效果不如InSAR ；（2）除已治理的地面塌陷外，绝大多数InSAR结果呈明显的负变形，有明显指示，但是总体上 SBAS-InSAR圈定的范围好于PS-InSAR；（3）热红外遥感由于分辨率较低，只能识别一些规模较大的塌陷；对小型塌陷，需采用无人机获取高分辨率的热红外数据进行识别研究。

结束语

云南省2020-2022批次地质灾害精细化调查工作，通过InSAR、光学、无人机、热红外等综合遥感手段识别新增地质灾害25784处，其中滑坡12457处、崩塌1772处、泥石流 2322处，已按责任主体分别报送主管单位，社会效益显著。综合遥感在区域险情预判、高位远程灾害识别、隐蔽性灾害早期识别、指导地面调查方面起到了不可替代的作用，2024年起实施的地质灾害精准化调查可参考借鉴。

参考文献：

1.《地质灾害InSAR监测技术指南》，中国地灾防治协会团体标准T/CAGHP 013-2018.

作者通讯地址：中国(云南)自贸区昆明片区经开区广玉路36号西勘院

联系电话：陈均亮 13708445325