城市地质灾害遥感监测预警系统：原理、方法和应用

提取城市地质环境和地质灾害体的光谱信息并进行分类，结合多种地学信息对城市地质灾害体进行识别、预测、评价，可为灾害分析、遥感监测提供依据。要真正实现对城市地质构造和地质灾害体的动态监测，为监测城市地质灾害的发生起到预防作用，为预测城市地质灾害的发生起到前期导向，为灾害评价提供客观依据，就必须建立城市地质灾害遥感监测预警系统，开发地质灾害识别、分析、评价、预警和监测等辅助工具，实现基础地质信息遥感解译、灾害地质遥感解译分析和基础地理信息遥感解译等，系统框架如图19-7所示。

(1)地质要素遥感解译:获取和处理基本的地质信息，主要包括岩性信息提取、地层信息提取和构造信息提取等，也包括对现有泥石流、滑坡、堰塞湖、塌岸等灾害体的解译和调查，为后续持续监测和灾害分析提供标靶。

(2)基础地理遥感解译:获取、分析和处理与地质灾害有关的各类地理遥感信息，更精确地辅助地质灾害遥感信息的提取以及地质灾害的综合分析和防治，主要包括如地形地貌信息提取、植被信息提取、土地利用信息和人类工程活动等。

(3)遥感监测:利用时间序列遥感影像、降水和地震监测数据开展对滑坡诱发因素和滑坡变形的持续监测，为滑坡变形趋势分析和预警预报提供支持。

图19-7　城市地质灾害遥感监测预警系统框架

(4)城市地质灾害分析:利用知识库、模型库和方法库等获取、处理和分析与各类地质灾害有关的遥感信息，获得定量化的地质灾害预测和治理信息，做灾害隐患探测，易发性、危险性和风险评估等。

灾害监测系统的建设涉及以下几个关键环节。

(1)建立典型地质岩层光谱库:针对城市地质灾害体，将实地采集得到的光谱存为光谱库文件，如图19-8所示。

(2)灾害特征信息提取:利用卫星影像开展大范围地质灾害调查，利用无人机影像开展近地面地质灾害孕灾环境详细核查和灾害特征提取(图19-9)。

监测人类工程活动带来的滑坡隐患，为修建道路而开挖的高边坡容易导致滑坡、崩塌地质灾害。在进行救灾抢险和灾后评估的遥感特征数据提取时，雷达影像在获取条件上最有保障；在对大面积地质灾害信息提取中，雷达与多光谱影像比可见光全色影像效果更好；而高分辨率全色影像适合对房屋的倒塌情况以及目标结构性分析，实践中表明只有分辨率接近或者优于1m，才能够看出房屋损伤信息。

(3)制作地质灾害专题图:面对我国辽阔的国土，特别是山区城市、矿山和大型水利工程等地区存在滑坡、泥石流等灾害，制作地质灾害分布、易发性、危险性和风险等专题图，可为城市建设和城市抗灾提供基础数据。图19-10为巴东新县城黄土坡滑坡各类专题图。(www.xing528.com)

(4)城市地质灾害管控

地震、滑坡、泥石流、海啸等自然灾害，带给城市的灾难往往是毁灭性的。为避免严重的滑坡灾害，2017年位于黄土坡上的原巴东县城完成整体搬迁，图19-11对比了搬迁前后的黄土坡遥感影像，可见原来的县城比较繁华，建筑物很多，目前滑坡区域内建筑物已经完全拆除。

图19-8　地层岩性调查

图19-9　基于无人机的巴东县城孕灾环境调查

图19-11　城市地质灾害搬迁避让

基于该滑坡的体量、特点和影响力，在“985学科创新平台”的支持下，中国地质大学(武汉)于2010年在该处建设了巴东野外大型综合试验场，从天-空-地(地表地下)开展滑坡的全方位监测、实验和研究，2020年已经获批建设三峡库区地质灾害国家野外观测研究站。同时，巴东县政府已经开始了黄土坡的生态修复工作，并与中国地质大学(武汉)合作谋划申报黄土坡国家地质公园，服务滑坡地质灾害教学、科研和科普工作。