中国滑坡遥感及新进展

第４期，总第７４期国　土　资　源　遥　感Ｎｏ．４，２００７　２００７年１２月１５日ＲＥＭＯＴＥＳＥＮＳＩＮＧＦＯＲＬＡＮＤ＆ＲＥＳＯＵＲＣＥＳＤｅｃ．，２００７　中国滑坡遥感及新进展王治华（中国国土资源航空物探遥感中心，北京　１０００８３）摘要：自本世纪初起，由于采用了“数字滑坡技术”和高分辨率遥感数据，滑坡遥感成为能更准确地定性、定位、定量的滑坡调查手段，可进行区域的和大型个体滑坡的详细调查和监测研究。

“数字滑坡”技术的实现基于滑坡地学原理并依赖遥感技术、数字摄影测量及图像处理技术、ＧＩＳ技术和计算机技术的支持。

该项技术大致可分为４大部分：滑坡识别、滑坡基本信息获取、信息存贮和管理及空间分析。

２０世纪末期以来，数字滑坡技术在应用中不断完善和获得新进展。

关键词：滑坡遥感；数字滑坡技术；滑坡基本信息；信息存贮和管理；空间分析中图分类号：ＴＰ７９　文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－０７０Ｘ（２００７）０４－０００７－０４收稿日期：２００７－０８－２００　引言滑坡是当今世界上除地震以外造成巨大经济损失的自然灾害之一，滑坡研究也越来越受到人们的重视，自２１世纪初起，由于采用了“数字滑坡技术”和高分辨率遥感数据，滑坡遥感成为能更准确的定性、定位、定量的滑坡调查手段，可进行区域的和大型个体滑坡的详细调查和监测研究。

１　中国滑坡遥感的历史回顾我国的滑坡（包括崩塌、泥石流、碎屑流等一切在以重力为主的自然营力作用下，斜坡发生变形失稳的现象）遥感起步于１９８０年，在二滩水电开发前期论证研究中首次采用航空遥感进行坝址及库区周围区域滑坡分布、规模及其发育环境调查，评估坝址及库岸稳定性，为二滩水电工程建设提供基础资料。

自此，我国先后在红水河龙滩电站、长江三峡电站、黄河龙羊峡电站、金沙江下游的溪落渡、白鹤滩及乌东德电站库区开展了大规模的区域性滑坡遥感调查，为这些大型水电工程的可行性研究提供滑坡灾害及地质环境基础资料［１］。

滑坡遥感在为山区大型工程服务中逐渐发展，并扩大到铁路及公路选线、山区城镇等区域。

在２０世纪的最后２０ａ中，我国进行的区域滑坡遥感调查面积大约覆盖了１０万ｋｍ２的国土。

我们将该阶段称为我国滑坡遥感的前期，在这一时期，我国主要进行中等比例尺（１∶５万－１∶２０万）的滑坡宏观调查。

主要调查内容为：识别滑坡、制作区域滑坡分布图、认识滑坡发育环境、评价滑坡对大型工程施工及运行安全的影响等。

其方法技术可概括为：主要使用黑白或彩红外航片，辅以７９ｍ和３０ｍ空间分辨率的美国陆地卫星图像（了解区域地质环境）；借助于立体镜目视解译航片像对或直接目视卫星图像，配合一定的地面验证，了解滑坡及其发育环境；解译结果通过目视地貌特征转绘到相应比例尺的地形图上，制作滑坡分布图。

该方法使我们能居高临下观测地物，将部分野外工作转移到室内，在一定程度上提高了工作效率，减轻了野外工作强度，特别在危险及气候恶劣地区，有明显的优越性，所以遥感技术逐步成为我国区域滑坡及其发育环境宏观调查的不可缺少的先进技术，为山区大型工程建设的环境灾害调查及防灾减灾工作做出了重要贡献。

但在实践中其不足之处也日渐显露，主要表现为：①遥感信息源的局限性，航摄图像为中心投影，其非线性畸变难以消除，ＭＳＳ、ＴＭ卫星图像的地面分辨率低难以识别滑坡；②工作效率低，立体镜目视解译、手工转绘及成图工作效率低；③难以提高成果精度，目视解译及手工转绘均有较大误差；④成果表达为单一的纸介质，资料的处理、存贮、更新、交流很不方便。

这些不足之处使遥感只能作为区域宏观调查手段，也促使我们一直在思考解决问题的途径。

经过长期的滑坡遥感调查研究实践，认为获取与地理坐标配准的数字结果是改善滑坡遥感调查方法的关键，但这必须借助于其它技术。

经过努力，我们逐步摸索出一套新的技术方法，并于１９９９年在第一届国际“数字地球学术讨论会”国　土　资　源　遥　感２００７年上介绍［２］。

该方法称为“数字滑坡”技术，这是在我国前期滑坡遥感基础上，借助于先进信息技术发展起来的滑坡遥感新技术。

２１世纪刚进入第７年，使用数字滑坡技术，在我国进行区域滑坡遥感调查的面积已超过１０万ｋｍ２，滑坡遥感的比例尺也已经提高到１∶１万，由区域性宏观调查扩大到区域及个体滑坡的详细调查和监测研究。

２　“数字滑坡”技术介绍２．１　“数字滑坡”定义在２０多ａ滑坡遥感调查及滑坡研究实践的基础上，在迅速发展的信息技术的影响下，受“数字地球”概念的启发，笔者于１９９９年初提出“数字滑坡”概念［２］。

“数字滑坡”就是信息化滑坡，由与滑坡相关的多元多维信息组成，这些信息必须是数字形式的，有自己的准确位置和属性，多元就是与滑坡有关的微地貌、岩土物质、斜坡结构、区域地形地貌、水文等因素；多维就是三维空间和一维时间（多时相）。

２．２　“数字滑坡”技术“数字滑坡”技术，就是以遥感（ＲＳ）和空间定位（ＧＰＳ或地面控制）方法为主，结合其它调查手段，获取数字形式的与地理坐标配准的滑坡基本信息（滑坡各要素，地形、土地覆盖、形变、地质构成、物理力学特征等）；利用ＧＩＳ技术存贮和管理这些数字信息；在此基础上，根据滑坡地学原理进行空间分析，服务于滑坡调查、监测、研究、滑坡灾害评价、危险预测、灾情评估、减灾和防治等。

“数字滑坡”技术使滑坡遥感前期的获取、处理、存贮和显示滑坡信息的方式发生根本变化，使我们能更准确地定性、定位、定量地了解滑坡，科学有效地存贮和管理调查结果，方便、快捷地传输及交流滑坡信息，从而改善滑坡灾害调查、监测、防治、预测及滑坡理论研究工作。

“数字滑坡”技术的实现主要依赖于４类信息科学技术的支持：遥感技术、数字摄影测量及图像处理技术、ＧＩＳ技术和计算机技术。

其它如灵镜（虚拟现实）技术及网络技术等也在滑坡过程研究、滑坡遥感监测和滑坡信息传输等过程中使用。

“数字滑坡”技术过程大致可分为４部分：识别滑坡、滑坡基本信息获取、信息存贮和管理及空间分析等，以下分别叙述。

２．２．１　滑坡识别在处理合格的图像上，根据崩塌、滑坡、泥石流及碎屑流等的基本形态特征和形成地质环境特征识别这些斜坡重力变形失稳类型，是遥感获取滑坡信息的定性阶段，是数字滑坡技术的基础之一。

所以，使用数字滑坡技术者必须了解各类型滑坡要素微地貌和环境特征［３、４］。

滑坡识别还涉及图像的地面分辨率与滑坡规模的关系。

根据多年滑坡遥感实践，就识别任一滑坡单要素（后壁、侧壁、堆积、台阶…等）而言，该要素在图像上应至少覆盖１０像元×１０像元的面积。

以崩塌和滑坡为例，至少有２个要素（后壁和堆积）组合，才可能被识别，由此，最小可识别的滑坡至少覆盖１０×１０×２个像元。

不同地区不同类型滑坡的可识别情况是不同的，实践表明，一般覆盖１０００个像元图像的滑坡体才有可能分析其各要素的特征，并进行定量分析，覆盖２０００像元以上的滑坡才可能识别其要素的细部特征，所以在滑坡遥感中较多使用高分辨率的卫星数据或大比例尺航片。

２．２．２　获取滑坡基本信息以经过合格几何校正和地理坐标配准的正射影像为信息源或基础图像，通过人机交互获取滑坡基本信息，是“数字滑坡”技术的核心部分。

由于消除了中心投影图像的畸变，从而摆脱了立体镜下目视解译的不便，使解译结果能准确定位及定量，获取的信息量也较前期大大丰富，且为数字信息。

进一步实践表明，以正射图像与ＤＥＭ及数字地理底图套合使用，可进行三维解译并了解地物实际高程及周围其它地理要素情况，使滑坡遥感解译更前进一步。

对于区域滑坡遥感调查而言，“数字滑坡”技术可获取区域滑坡分布、滑坡编目、区域滑坡危险性程度图、滑坡与地质环境关系及对水电工程库区、坝址、铁路、公路线的建设及运行安全性评价等基本信息资料。

对于个体滑坡遥感调查或监测，“数字滑坡”技术可提供滑坡类型、形态、位置、规模三维滑坡模型及运动特征等定量信息［３、４］。

２．２．３　数字滑坡信息的存贮和管理随着数字滑坡技术的形成、发展及高分辨卫星遥感影像的使用，滑坡遥感调查获取的信息量急剧增加，信息类型及数据格式变得复杂多样，这就为数字滑坡信息的存储和管理提出了更高的要求。

目前，一般将数字滑坡信息进行划分，划分方法有以下３类：①根据信息的内容，可以分为信息源、滑坡基本信息和滑坡相关信息３类；②根据信息是否定位，分为空间数据和非空间数据２大类；③根据信息的数据格式，可以分为栅格数据、矢量数据和表格数据。

空间数据的管理和存储是数字滑坡技术中的ＧＩＳ关键问题，目前比较成熟的技术是在商用关系数据库之上构架空间数据引擎（ＳＤＥ）来实现多种空间数据的一体化组织管理和快速地查询检索。

利用ＡｒｃＳＤＥ及ＡｒｃＧＩＳ软件可以直接与在关系型数据库中管理的·８·第４期王治华：　中国滑坡遥感及新进展空间数据交互，可在异构数据库环境中提供地理信息共同的数据模型，满足数字滑坡信息中多种类型、多种格式和多比例尺数据的统一管理的要求，以实现统一数字滑坡信息支持的多目标应用，更灵活方便地实现滑坡空间信息的查询和分析。

（１）栅格信息。

主要指影像信息，其特点是数据量大，其信息的存储和管理必须满足可快速查询检索及方便进行解译和空间分析的要求，一般采用ＡｒｃＳＤＥ软件存储海量数据源信息。

ＡｒｃＳＤＥ软件提供了２种影像存储方式：栅格编目和地图方式，前者用ＡｒｃＳＤＥ管理影像目录及其它相关信息，不直接存储影像；后者在地理配准基础上，把某区域的影像镶嵌之后直接存储在ＡｒｃＳＤＥ中。

（２）矢量信息。

遥感解译获取的滑坡基本信息和部分相关信息属于数字滑坡的空间矢量数据的范畴，对应于空间中的具体的、有拓扑关系的边界、点或区域。

如何有效地表达是一个难题，需有逻辑上的合理表达和组织。

目前采用ＧＩＳ中的面向对象的地理模型进行表达，即在一个特征层中同时表达滑坡要素的空间边界，但采用空间编码进行它们之间的关联。

空间编码既需要与滑坡编码接轨，同时又能在滑坡要素内部信息表达基础上体现整个滑坡的空间边界信息。

最后，采用ＧｅｏＤａｔａｂａｓｅ进行数据存储，此外，ＭａｐＧＩＳ软件也能有效地进行矢量信息的存储与管理。

２．２．４　滑坡空间分析数字滑坡的空间分析技术是指在获取定性、定位和定量的滑坡数字信息及完成滑坡信息管理的基础上，进行滑坡总体和各局部及与环境的空间分析、建立表示滑坡及其发育环境复杂关系的模型等，为认识滑坡、评估滑坡危险性、灾情及防治措施等服务。

３　近期我国滑坡遥感进展目前，我国几乎所有的区域滑坡调查和重要的个体滑坡调查都使用了遥感技术，但其中只有部分使用了数字滑坡技术。

多年来，中国国土资源航空物探遥感中心（简称航遥中心）的滑坡遥感研究基本可代表我国的滑坡遥感进展。

进入２１世纪以来，使用“数字滑坡”技术，航遥中心已完成了二滩电站库区，青藏、甘藏、川藏、滇藏等进藏公路、铁路沿线，三峡库区重点城镇，西藏帕里河等区域滑坡遥感调查以及三峡千将坪滑坡、西藏易贡滑坡、四川天台乡滑坡等大型个体滑坡遥感调查及高速滑坡碎屑流机理研究。