韩文权

(重庆市地质环境监测总站，重庆 401122)

遥感技术作为获取地球表面信息的一种手段，已经在自然资源调查、环境监测以及自然灾害监测方面取得了巨大进展。近年来，随着遥感平台的日新月异，所搭载传感器的功能多样化，所获得的遥感数据也呈现出种类丰富、图像质量好、重复观测频率高的特点。随着传感器技术的发展，尤其是传感器分辨率(空间、光谱、时间、辐射)的提高,不仅提高了遥感的观测尺度、对地物的分辨本领和识别的精细程度,而且使遥感地质发生了由宏观探测到微观探测,由定性解译到定量反演的质的飞跃[1]。范一大等将灾害遥感按照应用场景分为灾害遥感日常业务、灾害遥感应急监测业务和自然灾害损失评估三个方面，日常业务利用多尺度的遥感卫星开展地表孕灾环境的周期性监测；应急监测业务适用于灾后快速开展遥感数据产品生产工作，损失评估对因灾损失实物的评估[2]。在国家的大力推动下，多维、高中低分辨率结合的卫星遥感监测体系发展迅速，重特大灾害监测中“天—空—地—现场”一体化的灾害立体监测体系正逐步完善[2]。已有多位科研人员应用无人机遥感、InSAR、GIS等技术进行了地质灾害的调查和监测，并在此基础上分析了地质灾害控制因素及发展趋势[3-7]。新的遥感技术相对于传统中低分辨率遥感及航空遥感，不断为地质灾害防治工作提供新的数据种类和信息提取方法，成为地质灾害防治工作提升的动力之一。

1 重庆市地质灾害防治概况

重庆市位于四川盆地东部的盆周山地及盆缘斜坡之上，域内有扬子准地台和秦岭褶皱系两大构造单元，地表水系发达，地形切割强烈，岩土体结构及地质构造复杂。重庆沉积岩区多，且变化较大[8]，具有形成滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等地质灾害的地质条件，是我国地质灾害高易发区之一[9]。重庆市地质灾害频繁，危害巨大，随着极端气候带来的区域性强降雨，引起地质灾害大量发生，尤其是2014年重庆8.31日渝东北区域发生了大面积特大暴雨，渝东北开县、云阳、巫溪、奉节、巫山等5个县的48个雨量站超过250 mm，引发大量滑坡、泥石流发生，造成房屋倒塌、公路等公共设施破坏，对社会经济影响巨大。

截至2019年底重庆市统计的地质灾害隐患点共有15 000余处，面对数量众多、分布广泛的地质灾害，监测与防治工作需要耗费大量人力物力。频繁出现的新生地质灾害，由于隐蔽性强，造成的危害更大，防不胜防。因此，需要应用新技术、新方法来提升地质灾害防治的技术水平和工作质量，其中遥感技术应对区域型地质灾害防治作用显著，不仅可以提供直观的现场信息，而且可分析出地质灾害的空间变形，为地质灾害快速预警和防治工作提供了更多选择和可能。

2 地质灾害主要遥感新技术

2.1 高分辨率遥感

高分辨率遥感相对传统卫星遥感而言，在空间、光谱、时间方面具有较高的性能。高空间分辨率遥感可获取空间粒度细腻的影像，具有更高的地物辨识度；高光谱遥感将地物反射光谱分成很多连续而且窄的光谱通道对地物持续遥感成像的技术，可通过光谱曲线的差异识别物化性质不同的地物；高时间分辨率遥感重返周期短，可对同一地点高频观测。本世纪初民用高分辨率遥感数据主要由国外卫星获取，如QUICKBIRD，IKONOS等，近十年来我国的高分辨率遥感取得了突飞猛进的成果，大量国产高分辨率卫星被开发出来并投入实际应用，主要有高分系列卫星(如高分一号2 m，高分二号0.8 m，高分五号光谱分辨率为0.3～0.5 nm等)；吉林一号(全色0.72 m，多光谱2.88 m)；高景一号(多光谱2 m，全色0.5 m)；北京一、二号，“珠海一号”星座已经能够提供大量的亚米级遥感影像。另外航空遥感作为重要遥感数据源，受云雾影响小，在地质灾害调查、监测及应急工作中的作用举足轻重。

2.2 倾斜摄影测量

倾斜摄影测量是近年来发展最快的摄影测量技术之一，通过飞行平台搭载包括垂直和多个倾斜镜头的摄影系统从不同视角同步采集数据，因其能够从侧面获取地面详细特征影像，尤其是垂直裂缝等传统正射摄影难以获取的地质灾害信息，通过数据处理平台可以获得高精度三维地面模型，在地质灾害详细调查和监测预警方面有着巨大的优势。

2.3 低空遥感

相对传统航空遥感，低空遥感是传感器搭载平台飞行高度较低的一种遥感方式，通常飞行相对高度不超过1 km。低空遥感通常由飞行平台、数据获取设备、飞控系统、通讯链路及影像处理系统组成[10]。常见的低空飞行平台有固定翼无人机、无人直升机、旋翼无人机以及固定翼与旋翼结合无人机。由于无人机的承载能力有限，通常应用微型遥感数据获取设备，如单反相机、摄像机、红外相机、小型微波雷达及激光雷达。由于飞行高度较低受云层影响较小，而且部署灵活快速，低空遥感成为小规模摄影测量及地质灾害应急监测的利器。

2.4 雷达遥感干涉测量(InSAR)

InSAR是利用同一位置不同时间的合成孔径雷达回波信号所携带的相位信息解算相位变化，精确计算地面测量点的三维信息及其微小变化的一种技术。根据工作模式可分为交规、顺轨、重复轨道三种干涉测量，其中重复轨道干涉是最为常用的方式。InSAR技术首次应用是NASA于1969年对月球表面进行观测，随后研究者在InSAR的基础上发展了D-InSAR、PS-InSAR、SBAS-InSAR、DS-InSAR和MAI等方法[11]，在高程生成、地面沉降、地震形变、滑坡变化、火山活动、冰川运动等领域的研究与监测方面有广阔的应用前景。星载合成孔径雷达(SAR)基于其全天时、全天候工作模式的独到优势,已成为微波遥感领域中发展最迅速和最有成效的传感器之一。目前合成孔径雷达卫星主要有高分三号、TerraSAR-X、RADARSAT-2、ALOS2、COSMO-SKyMed、Sentinel卫星。

3 遥感新技术在重庆市地质灾害防治中的应用

3.1 地质灾害调查

近10多年来，重庆市已将高空间分辨率遥感数据应用于多个地质灾害调查项目，包括三峡库岸1∶5万地质灾害调查、地质灾害精细化调查、岩溶地区的高位危岩排查、重庆主城“四山”地质灾害调查等区域性项目。高分辨率遥感结合地质基础资料对调查区基础地质要素、水文地质要素、地质灾害体、地面植被、耕地、建筑物、交通设施等开展了综合解译，结合地层、断裂、褶皱等构造，完成地质灾害初步成果，以供实地验证。

国内多个研究机构也将国产高分遥感数据用于三峡库区地质灾害遥感调查与监测研究[12-13]。2009年应用全市1∶1万航测正射影像图完成渝东南5个区县1∶5万地质灾害详细调查，重庆市都市圈城市地质调查及每年全市地质灾害的调查排查工作；2012年无人机航测完成38个区县城区正射影像图及地质灾害监测。随着资源卫星02C、高分一号、高分二号卫星提供数据，国产卫星影像大量应用于地质灾害防治工作，同时建立高分影像数据库用于地质灾害应急。自然资源部航空物探遥感中心在2003、2009、2017年多次开展三峡库区高精度航空遥感地质调查工作[14]，完成的三峡库区重庆段正射影像图为库区地质灾害防治提供了航空遥感数据支撑与科学依据。2016年起将倾斜摄影测量技术应用于地质灾害调查中，完成多个大中型地质灾害三维地表模型，使地质灾害细微特征的解析更加直观。目前，正在进行的奉节、巫山等多个区县地质灾害详细调查和精细化调查，高分辨率遥感数据处理和解译结果是野外工作开展的基础。

3.2 地质灾害防灾预案

地质灾害防灾预案是为了在地质灾害发生灾情、险情后，能够快速开展调查和应急处置而预先制定的应对措施，包括用于区域防灾的区域性应急预案和对单个地质灾害的详细应急措施。重庆市现已将高分辨率遥感数据应用于地质灾害预案编制，高分辨率航测数据和高分卫星数据都是有效的数据源，通过在遥感图上直接测量地质灾害影像对象类型、面积、长度等参数，结合DEM或者三维地表模型估算地质灾害规模，评估可能会造成的损失并制定应对措施，为人员逃生制定撤离路线。

3.3 地质灾害监测预警

地质灾害监测预警是地质灾害防灾体系中的重要工作，通过大量的地质灾害变形观察和仪器测量，发现地质灾害的变化情况，及时在危险发生之前采取应对措施，撤离人员以防造成不必要的人员伤亡。目前重庆市对已发现的地质灾害隐患点建立了群测群防与自动化监测相结合的监测预警体系，通过大量巡查与高频率变形数据监测及时发现可能发生的灾害。但是，在监测环境不理想区域，如危险性特别大、人员难以到达的地质灾害隐患区域，低空遥感、微波遥感监测是有效的手段，将前后两次遥感影像对比分析，通过测量遥感影像中裂缝宽度、裂缝条数、地面位移等参数，掌握地质灾害稳定状况，并根据长期监测数据预测变化规律并提供预警信息，如遥感技术在巫山县望霞危岩、奉节藕塘滑坡等地质灾害监测中发挥了重要作用。近年来，中科院武汉测量与地球物理研究所、长安大学等多个研究机构在重庆万州、奉节、巫山等区县开展了基于雷达遥感干涉测量的地质灾害变化监测应用试验，应用日本ALOS卫星和欧空局的Sentinel-1、2号卫星的合成孔径雷达(SAR)影像对巫山县地质灾害变化遥感监测，证明InSAR技术在地质灾害监测中有应用价值，国产高分三号卫星数据的地质灾害变化干涉测量预警也在研究中。2020年重庆市将开展InSAR技术在渝东北区域地质灾害早期识别中的应用，应用Sentinel-1、2号卫星的SAR数据进行区域干涉测量，通过变形量发现可能发生地质灾害区域并进行预警。

3.4 地质灾害应急处置

当地质灾害发生灾情或者险情时需要进行防灾处置或救援时，快速掌握灾险情的详细情况是应急工作部署的重要基础。面对随时可能发生的次生灾害，人力调查不仅危险性大，而且需要的时间长，有时会造成决策过程的延长。应用遥感技术可有效解决上述问题，历史存档高分辨率遥感影像提供灾险情发生前地质环境状况，低空遥感快速获取灾险情后影像，为地质灾害应急工作部署提供第一手资料。地基雷达干涉测量也是地质灾害应急变形监测的重要手段。2007年武隆县鸡尾山特大型滑坡发生后，自然资源部航遥中心应用低空遥感技术获得现场影像用于制定工作方案；2014年9月，奉节县大树镇发生大面积山体滑坡，中科院武汉测量与地球物理研究所等机构应用IBIS—L地基InSAR系统对大树镇滑坡体的整体地形、滑坡面分布特征和坡面重点活动部位以5 min间隔对滑坡体进行持续60 h的连续高频观测，发现滑坡体上存在两处显著活动区。

4 拓展方向

4.1 多源数据融合应用

多平台、多层面、多传感器、多时相、多光谱、多角度以及多空间分辨率遥感的融合应用，是目前遥感技术的重要发展方向[15]。重庆市以往的地质灾害遥感应用大都是应用单一来源遥感数据解译，缺乏多源遥感数据之间的融合应用。光学卫星影像色彩多样，信息丰富，但是不可穿透云雾，在重庆市受气象条件和地形限制。雷达卫星数据可以穿透云雾，但是波段少，信息不够丰富。将雷达卫星数据和多光谱影像融合，将卫星遥感数据和低空遥感数据融合、遥感数据和基础地质数据的融合使用将会为重庆市地质灾害防治提供多样性选择，并能够加深对数据的利用程度。

4.2 数据深度挖掘

随着国产高分系列卫星及其他高分辨率遥感影像的获取，遥感数据极大丰富，针对高空间分辨率遥感、高光谱遥感、雷达遥感快速更新和变化监测的前沿技术已取得了一定的进展。重庆市地质灾害中遥感数据解译主要还是目视解译为主，面向全市大范围地质灾害的高频遥感监测，需要巨大的人力，因而有待将数据挖掘、机器学习以及深度学习方法应用于地质灾害遥感监测中，探索准确且快速的数据检测方法。

4.3 高光谱遥感应用

高光谱在地质行业中的应用主要集中在找矿中，通过识别蚀变信息发现矿脉。已经开展的地质灾害遥感应用中，主要集中于多光谱遥感、雷达遥感，缺乏高光谱的丰富波段信息，未来需要探索高光谱在地质灾害中的应用方法，从连续光谱特征发现地质灾害与稳定地层之间的区别。

5 结语

在重庆市地质灾害防治、监测预警工作中，已经将遥感新技术应用于地质灾害调查评价、防灾预案编制、监测预警和应急处置工作中，并开展了多种遥感新技术在地质灾害防治领域的研究和应用，取得了明显效果，提升了地质灾害防治水平。

随着计算机视觉、数据挖掘及深度学习领域技术革命性的发展，为遥感数据的分析和信息发掘带来了动力和技术可能。重庆市地质灾害防治领域遥感新技术应用还处于初步阶段，需逐步探索多源遥感数据和地质基础资料的的融合应用，遥感数据处理技术和机器学习、深度学习等计算机领域新技术的融合应用，挖掘出地质灾害遥感新领域，提出新的应用思路和技术。