3S技术在滑坡地质灾害中的应用

范文1:3S技术在滑坡地质灾害中的应用

3S技术在滑坡地质灾害中的应用

3S技术在很多行业中都有着与其相关的重要的应用。特别是在地质类行业,其扮演的角色往往是举足轻重的。结合本专业,下面主要谈谈3S技术在滑坡地质灾害中的应用。

由于自然的变异和人为的作用所导致的地质灾害的发生,如崩塌,滑坡,泥石流等。每年给人类社会造成重大危害,其中,滑坡灾害是全球分布范围广,影响大,破坏严重的地质灾害之一。人类对资源的过度开发,对植被覆盖的破坏,加剧了滑坡灾害发生的频率,增加了滑坡灾害的破坏性及损失程度。

1.13S技术与滑坡监测

对滑坡灾害的研究一直是众多学者关注的问题之一Q.Zaruba和V.Mencl 对滑坡的监测,相关理论及数据处理方法进行了比较综合的阐述#并给出大量工程实例[1]。对滑坡产生成因,机理,风险预测及损失评估是当前滑坡地质灾害研究的重点。

摄影测量与遥感技术也被越来越广泛地应用滑坡监测与评估研究。摄影测量可以用于生成大比例尺的三维数字高程模型,为研究滑坡体提供基础地形信息。通过多源影像信息提取技术还可以获取更多的有效孕害背景信息。这些信息可用作滑坡灾害风险评估的背景信息。孕害背景信息主要包括以下几方面:

1.地质水文背景

基于遥感光谱特性可以进行岩性信息提取与岩石分类,判断滑坡发生的潜在地质条件,提取水系、水文信息。高光谱遥感数据可以用于提取岩石中的矿物质成分、含量、分析地表土壤类型、利用微波传感器数据分析土壤的特性,如介电常数等,进行地表含水量反演等。

2.地形地貌特征提取

摄影测量可以用于生成大比例尺的三维数字高程模型。为研究滑坡体提供基础地形信息,遥感影像以及INSAR技术的发展也为DEM的获取提供了新的途径。正射影像制作可以进行房屋、道路等地物信息的提取,还可通过间接分析获取地面纹理结构等信息[2]-[3]。

3.地表植被覆盖度

植被覆盖情况是影响滑坡的一个重要因素,植被条件良好、地质条件稳定的区域常常不容易产生滑坡,植被差的地方就容易发生滑坡。因此,可以利用卫星遥感提取反映区域植被状况的参数。如利用 Landsat TM光学遥感影像解译提取植被区域、计算归一化植被指数(NDVI),并进而反演植被覆盖度来反映地表植被的覆盖情况。譬如,通过等密度模型可以从遥感影像中反演植被覆盖度[4]-[6]。

1.23S技术与建模

目前,已有诸多相关建模方法,但变形数据的采集通常是针对特定部位,建模就只能限制在局部区域。进行宏观尺度上的灾害模型仍然存在很多问题。GPS技术的发展大大提高了变形及蠕动量采集的时空密度与精度,为各类建模提供了更加丰富的数据源。随着INSAR角反射器、激光技术的发展,变形信息的采集手段将更为广泛,所有相关3S技术的发展将为宏观尺度上滑坡灾害预警的确定性模型建立提供可能,并开拓更大的空间[7]。

另外,滑坡的起动机制以及滑坡速度的研究对滑坡控制、破坏程度预计以及影响范围估算是有价值的。已有一定的研究成果,主要还是采用地质、力学模型,结合物理的方法进行研究[8]-[10]。遥感技术的发展也将在这方而的研究中做出贡献。近景摄影测量技术和激光测量技术可以在这一方而发挥一定的作用。有些滑坡可以持续几天,在这种情况下,高时间、高空间分辩率的遥感技术也可以发挥作用。

从遥感影像上,可以直接解释灾害的影响范围,破坏的特征信息。利用空间分辨率达1-5 m以上的高分辨率卫星影像数据或航空摄影数据,如SPOT5,QuickBird,IKONOS等可以直接提取滑坡灾害位置、范围,分析滑坡的类型;也可通过高分辨率DEM获取滑坡灾害的相关信息[11]。通过更多的影像还可采集滑坡灾害历史数据,建立时空数据库,进而为灾害影响评价提供基础数据,为决策提供参考。同时,3S技术的发展也将为灾后监测信息的管理、分析等提供有力的工具,这已经被众多应用证明是可行有效的。分析技术进行空间风险评估或稳定性建模。在Montgomery和Dietrich浅层滑坡物理确定性模型基础上,Pack等人建立的SINMAP模型实现无限平而斜坡稳定性模型与GIS的集成,并考虑了静水压力,在浅层滑坡的风险评估中取得成功应用。[11]2.1遥感技术在滑坡灾害区划的国内外研究

国外地质灾害遥感调查,可追溯到20世纪70年代。在国外,开展得较好的有日本、美国、欧共体等。20世纪70,80年代,利用多期航片、TM、助of卫星数据进行滑坡灾害监测、滑坡灾害分析,进行滑坡灾害识别、易发区划及制图研究。[12]-[14]20世纪90年代,利用热红外数据、Spot数据、航空数据、干涉雷达等进行土壤湿度条件变化、滑坡灾害识别与分类、灾害敏感区域分析、滑坡灾害动态监测等。1996年,欧洲学者Mantovani系统总结了遥感技术在欧洲国家滑坡研究及危险区划中的应用。指出遥感技术应用于滑坡研究主要是在三个方面:一是滑坡识别和分类,重点介绍滑坡灾害分析所需的影像数据的类型;二是利用GPS、立体像对、干涉雷达技术对滑坡灾害进行监测;三是滑坡灾害的时间和空间预测,区划研究及分析中数据信息获得最佳的遥感影像及获取方法。[15]-[16]2002年,美国学者Leonhard基于Spots数据进行滑坡灾害敏感制图研究及稳定性参数估计[17],2003年,加拿大学者Wasowski认为卫星遥感数据源的增加、数据时空及光谱分辨率的提高、遥感数据处理技术的发展,促进了遥感技术在滑坡灾害稳定性研究中的应用普及,并讨论了永久散射体、星载雷达、综合使用ETM+及RADARASAT -1数据及综合利用摄影测量、静态及动态GPS观测滑坡;意大利学者Herva、利用多期光学航片进行滑坡灾害监测。

2004年,加拿大学者SinghYOy利用ESR一1和ESR一2进行滑坡识别及滑坡灾害动态监测[18]。

2005年,美国学者Chadwick利用Quickbird和航片进行滑坡探测,意大利学者Ca tan i利用航空像片和.IERS数据分析地貌特征及地貌引起的变化:日本学者Ayalew利用航空像片和DEM提取滑坡影响参数利用逻辑回归的方法进行滑坡敏感制图的研究。[19]-[21]

2006年,意大利学者Farina利用SAR数据和Spots数据进行滑坡变形监测;意大利学者Mei sin a利用SAR数据采用永久散射体干涉测量技术进行滑坡地表形变监测;韩国的Le。学者利用KOMPSAT -1采用图像变化检测技术进行滑坡探测和敏感性制图研究;瑞士学者Rott利用数据采用差分干涉雷达技术、边坡变形分析技术对滑坡灾害进行评估。[22]-[25]

2007年,美国学者Schulz利用Linda;数据提取DEM、滑坡制图,结合历史资料进行分析,进行滑坡敏感制图研究;美国学者Weirich利用多期航片及Spots进行滑坡敏感制图比较研究;意大利学者Mo厂ernin利用SAR数据进行监测滑坡灾害的缓慢变形;瑞士学者Schwab利用四个不同时期的立体航片数据进行滑坡体体积计算。

参考文献:

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范文2:GIS在滑坡灾害中的应用

GIS在滑坡灾害中的应用

摘要:地球信息科学是一种基于地图的管理信息系统,是多种学科交叉的产物,是研究地球系统信息的理论、方法、技术及其应用的科学。地球地球信息科学将通过对地球系统内部多源信息的获取、传输、处理、感受、响应与反馈的信息机理与信息交流过程的深入研究,揭秘复杂地球巨系统各圈层相互作用与影响。本文主要分析了GIS在滑坡灾害中的应用,包括滑坡灾害的监测、预警、评估、信息管理

关键词:地理信息科学、滑坡灾害(气象次生灾害)

引言:我国是一个多山区的国家,滑坡灾害分布广泛、发生频繁,且灾情严重,是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多,造成损失十分严重的少数国家之一。提高滑坡灾害的研究水平,对工程安全、环境保护和减灾防灾具有重要的理论和工程实际意义。新兴的遥感技术(remote sensing)和地理信息科学(geography information science)在时空上为实现中尺度以上范围滑坡研究,提供了全新的技术平台和研究思路。

地球信息科学(Geo-informatics或Geo-information Science)是用于获取、储存、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统(1)。陈述彭院士认为:“地球信息科学以地球为舞台(电离层莫霍面),以人地关系为主题,以服务全球变化与区域可持续发展为目标,将卫星应用、遥感技术、地理信息系统、电脑辅助设计与制图、多媒体与虚拟技术、互联信息网络为主体的高速全息数字化集成的科学体系,形成对人口流、物质流、能量流进行时空分析与宏观调控的战略技术系统(2)”。一个完整的地理信息系统主要由计算机硬件系统、软件系统、地理数据、系统操作人员四部分组成,具有以下几个基本功能:数据的输入与预处理,数据的管理,空间查询与分析,以及可视化表达输出等。

地理信息科学不仅可以用于气象次生灾害的灾情评估,而且可以辅助减灾救灾决策。由于GIS技术的空间分析与制图功能和可视化的特点,GIS在滑坡灾害预测预报研究方面的应用正得到快速发展。从20世纪80年代至今,GIS的应用已从数据管理、多源数据数字化输入和绘图输出,到数字高程(digital elevation model ,DEM)或数字地形模型(digital terrain model,DTM)的使用、GIS的集成技术的应用,GIS已逐步发展成熟并深入应用。我国GIS技术开展滑坡灾害预测起步较晚,研究程度偏低。虽然目前尚未见到较成熟应用的滑坡灾害预测预报与评价GIS系统,但在这方面的研究投入和进展确实惊人的快,有大量的科研院校和从事滑坡及其他地质灾害防治部门已加大了GIS技术的应用研究(3)。

滑坡灾害的监测体系:目前,国内外滑坡监测技术方法已发展到了较高水平。由过去的人工用皮尺地表量测等简易监测,发展到仪器仪表监测,现正逐步实现高精度的遥测系统。

随着电子技术与计算机的发展,监测方法及所采用的仪器设备也不断得到发展与完善。

按监测对象的不同,滑坡监测可分为四大类,即位移监测、物理场监测、地下水监测和外部诱发因素监测;按监测手段的不同,则可分为人工监测、简易监测、专业监测三大类;目前国内外在滑坡监测技术、方法、手段上并无太大差距,专业仪器已成为常规设备,只是由于价格因素得不到普及;一些新技术如InSAR、三维激光扫描等能很快应用到滑坡监测领域;监测数据的采集和传输也都实现了自动化和远程化;监测和预警系统有向WebGIS发展的趋势(4)。

滑坡灾害的预警体系:目前,国内外崩塌利用一个地区的滑坡易发区划或危险区划,结合降雨临界值,可以设定不同的预警级别,在区内布设一定数量的雨量站,监测雨量加上预报雨量,就可进行滑坡预警预报,国内外的区域性降雨型滑坡监测预警大体都是这个思路和做法,该方法在对公众进行警示方面起到了良好效果,但由于预警的范围太大,在具体的单点防治上,难以做到有效。我国在近10年开展了大量的监测预警工作,并取得了丰硕的成果,但根据统计数据,其成功预警率却并不理想,这一方面表现在成功预警实例中专业预警所占比例过低,另一方面同时表现在发生的大量的地质灾害在已有的预警点之外。制约目前工作有效性的主要问题是滑坡隐患点的排查和识别问题,因为只有识别出了隐患点才能进行下一步的监测和预警,它是一切工作的基础。而解决这一问题的重要途径是分析区域上的滑坡发育规律,找到有效的隐患点识别技术方法,以及引进风险管理的概念,进行监测资源的合理分配和有效预警(5)。

GIS的引入对滑坡研究方法已经产生了一定影响,这种影响往往是潜移默化的。GIS在滑坡研究中的应用,特别是三维技术、虚拟现实技术和时空动态分析技术在GIS领域中的应用,使滑坡研究者可以在一种接近现实的虚拟滑坡环境中分析滑坡形态、变化、稳定性等。通过这种数字滑坡技术,可以把客观世界中的滑坡在计算机中重现,利用三维技术,研究者可以从不同的时空方位分析滑坡过程。

滑坡灾害的评估:近20余年来,对滑坡研究已由过去的单一滑坡的现象描述、分类治理发展到现在的已定性、定量描述为基础的预测预报,由于目前预报技术和水平有限,准确预测滑坡灾害可能发生的地点和时间是很困难的,因而从滑坡灾害分布规律入手,从宏观上研究易滑地质环境,进行滑坡灾害风险评估是滑坡灾害研究的主要内容。从技术方法上,GIS在滑坡灾害风险评估中的操作过程可以分为以下几个阶段。

(1)获取数据。获取风险评估中各因子的基础图件、文字资料、以及已有数据获取各影响因子的算法、方案、模型等。

(2)属性数据空间表达。将所有影响因子空间展布以数字图形数据表达,以便参与空间运算及分析。

(3)空间数据的归一化处理,将所有数据转化到可比的坐标与数值空间,内容包括:所有空间数据换算到相同的坐标空间中,对各因子值重新分类,统一转化为无量纲的可比数值。(4)灾害危险性评判。对每一个对滑坡灾害发生的贡献率进行评定,多采用经验参

(5)危险区划分。用滑坡灾害分析专业模型对各种数据进行分析处理,圈定出不同等级的灾害危险区。

(6)制图表达。以图形形式表达分析结果,并用统计分析图表及适当的描述对结果进行分析(6)。

GIS支持下的区域滑坡风险评价的目的是圈化不同危险等级区域,并通过危险性制图来反映。其预测的理论依据是工程地质类比法,即未来滑坡的地质环境应类似于已有滑坡所具备的地质环境,因而现有滑坡的条件有可能外推到前者以预测未来滑坡的空间位置。也就是两类斜坡仅当其具有相同或相似的地质环境因素组合和动态作用因素时,才可以认为两类斜坡的不稳定性或危险性是可以类比的。其评价模型一般采用统计模型,主要是对现有滑坡的地质环境条件和作用因素之间的统计规律进行研究,在此基础上采用各种数学方法将各影响因素叠加来区划危险区。

虽然GIS技术已发展了近30年,但在滑坡的评价研究中的应用明显落后于GIS技术的发展。GIS应用于气象次生灾害研究(滑坡、泥石流等)经历了一个较长的发展过程。从GIS产生的60年代中期到80年代晚期,GIS应用于滑坡的稳定性的研究尚处于文献讨论阶段,其中主要的原因是资金及基础数据的缺乏。然而,自90年代以来,GIS广泛应用于自然灾害的研究,其中人们较为关注的一个研究热点是GIS在滑坡灾害及一般斜坡稳定性中的研究。其中一个主要的趋势时充分利用GIS在数据组织和管理的优势,采用合适的数据格式,开发各种分析模型来研究滑坡灾害,如:确定性模型、神经网络模型等。(7)。

滑坡灾害的信息管理:GIS在滑坡信息表达中的应用主要利用GIS空间数据与属性综合管理能力、数据处理能力,来抽象表达滑坡或滑坡群体的状态。随着GIS技术的发展,其在滑坡信息表达中的应用也在逐渐拓宽。

GIS的最大优势是以图形方式表达滑坡的位置和属性,即滑坡的可视化,在滑坡信息表达中GIS最直接的应用是滑坡空间位置表达。GIS技术与计算机多媒体技术的结合更可以生动表达滑坡信息。

在滑坡信息直观表达研究的同时,GIS管理滑坡信息的模式、方法的研究也逐渐开展,如:C.P.Nathanail等(1998)给出一种基于GIS的滑坡信息管理模型(8)。

结束语:本文针对我国是个多山国家,气象次生灾害(滑坡、泥石流等)发生频繁的特点,选取滑坡为主要研究对象,在GIS的支持下,阐述了GIS在滑坡灾害中应用,对滑坡灾害的检测体系、预警体系、评估以及信息管理做出了具体的描述。

我国已将GIS的空间分析能力与气象信息技术相结合,提供空间和动态的地理信息,但还没有充分利用GIS技术的优势来真正构建决策气象服务系统,不过我相信,随着“3s”集成技术的出现与发展,GIS与气象信息技术将结合的更紧密并发展到一个新阶段。

(1)《地理信息系统导论第三版》陈健飞清华大学出版社2009-9(2)《地球信息科学导论》廖克科学出版社2004(3)《地质灾害气象预报基础》张书余气象出版社2005-10(4)《滑坡时空预测预报理论与实测》郑明新河海大学出版社2010-6(5)《滑坡灾变智能预测理论及其应用》张永新科学出版社2005-6(6)《滑坡灾害风险分析》殷坤龙科学出版社2011-7(7)《中国崩塌、滑坡、泥石流灾害危险性评价》张春山2004(8)地球信息科学导论》廖克科学出版社2004

范文3:地质灾害—滑坡调查评价

龙源期刊网地质灾害滑坡调查评价

作者:张璇

来源:《城市建设理论研究》2014年第11期

摘要:地质灾害作为一种地质过程,始终存在于地球演化的历史中,时刻对生存于地球上的人类及其环境产生影响。地质灾害有特定的内涵和属性,有多种类型,滑坡是最重要的地质灾害之一,本文着重阐述滑坡的概念与形成条件,滑坡的分类滑坡的识别,滑坡的评价等。关键词:滑坡调查评价

中图分类号: P642.22文献标识码: A 滑坡的概念

在自然地质作用和人类活动等因素的影响下,斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定的软弱面“整体”或局部保持结构而向下活动的过程和现象,称为滑坡。滑坡通常具有双重涵义,可指一种重力地质作用过程,也可指一种重力作用的结果。滑坡的特征表现:

(1)发生变形破坏的岩土体以水平位移为主,除滑坡体边缘存在为数较少的崩离碎块和翻转现象外,滑坡体上各部分的相对位置在滑动后变化不大。

(2)滑坡体始终沿着一个或几个软弱面(带)滑动,岩土体中各种成因的结构面均有可能成为滑动面,如古地形面、岩层层面、不整合面、断层面等。

(3)滑坡滑动过程可以在瞬间完成,也可能持续几年或更长的时间。规模较大的“整体”滑动一般为缓慢、长期或间歇的滑动。二、滑坡的形成条件

在自然界中,无论天然斜坡还是人工边坡都不是固定不变的。在各种自然因素和人为因素的影响下,斜坡一直处于不断的发展和变化之中。滑坡形成的条件主要有地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和人类活动等因素。

1.地形地貌条件:斜坡的高度、坡度、形态和成因与斜坡的稳定性有着密切的关系。高陡斜坡通常比低缓斜坡更容易失稳而发生滑坡。斜坡的成因、形态反映了斜坡的形成历史、稳定程度和发展趋势。如山地的缓坡地段,由于地表水流动缓慢,易于渗入地下,因而有利于滑坡的形成和发展。山区河流的凹岸易被流水冲刷和掏蚀,黄土地区高阶地前缘坡脚被地表水侵蚀和地下水侵润,这些地段也易发生滑坡。