遙感探測技術(shù)在土木水利工程中的運(yùn)用范文

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[摘要]不同尺度的遙測影像在土木水利工程災(zāi)害中扮演著重要角色。對遙測技術(shù)進(jìn)行簡介，并介紹其在土木水利工程災(zāi)害潛在威脅分析中的應(yīng)用，即依據(jù)遙測圖像處理得到的數(shù)據(jù)，針對不同的分析單元與災(zāi)害類型，結(jié)合不同的方法來建立各類型土木水利工程災(zāi)害潛在威脅的分析模式。

[關(guān)鍵詞]遙感探測技術(shù)；土木水利工程；應(yīng)用

遙感探測是指利用各種遠(yuǎn)程載具裝設(shè)傳感器來接收地球上各種物體的信息[1]。隨著各式遙測信息種類增加、取得的成本降低、遙測影像分辨率與相關(guān)技術(shù)提升，因而擴(kuò)增遙測技術(shù)于土木水利相關(guān)工程領(lǐng)域的應(yīng)用層面。我國地表侵蝕速率高，造成河流地形與集水區(qū)變化劇烈，已嚴(yán)重影響水利設(shè)施與水力發(fā)電計劃的正常運(yùn)作。[2]有鑒于此，遙測技術(shù)可提供大暴雨、強(qiáng)震等災(zāi)變之廣域范圍且快速的災(zāi)害監(jiān)測與評估，透過地理信息系統(tǒng)整合空間信息，提供后續(xù)工程復(fù)建可行性評估或防救災(zāi)整備規(guī)劃。[3]

1遙測影像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)的良窳?xí)P(guān)影像質(zhì)量，并影響后續(xù)土砂災(zāi)害空間位置與面積的加值識別工作。分別針對遙測影像快速正射處理、擬真色衛(wèi)星圖像處理及崩塌地自動識別進(jìn)行簡要說明。

1.1影像快速正射處理

原始衛(wèi)星影像或航照影像并無地圖坐標(biāo)信息，當(dāng)發(fā)生大規(guī)模的土砂災(zāi)害時，為了快速獲得廣域的土砂災(zāi)害空間分布及量化信息，需將影像正射化進(jìn)行評估，故建立快速影像正射技術(shù)，獲得GIS可套迭的正射地圖。

1.2擬真色衛(wèi)星圖像處理

由于藍(lán)光波段容易散射且對于識別的物體功用并不顯著，因此衛(wèi)星并未掛載該波段的鏡頭，但在呈現(xiàn)數(shù)據(jù)或交付數(shù)據(jù)時常會需要使用擬真色影像，故必須透過擬真色衛(wèi)星圖像處理，提供視覺效果以利呈現(xiàn)，因此一般利用紅光、綠光及近紅外光等波段之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換出藍(lán)光波段。

1.3崩塌地自動識別

某些地區(qū)因本身的地形地質(zhì)條件導(dǎo)致山坡地災(zāi)害頻繁，且山崩多有其再發(fā)性。因此，有系統(tǒng)的透過遙測影像識別崩塌地，建立事件型山崩目錄，以期能供后續(xù)坡地災(zāi)害預(yù)測模式建立及防災(zāi)規(guī)劃之需求使用。采用衛(wèi)星影像以人工識別集水區(qū)范圍相當(dāng)耗時，但識別數(shù)據(jù)正確性不容忽視，故可制定計算機(jī)自動化且快速的識別原則與準(zhǔn)則，可建立標(biāo)準(zhǔn)化之識別數(shù)化步驟，減少人為誤差。

2土木水利災(zāi)害潛在威脅分析模式

某些區(qū)域歷經(jīng)過大地震及數(shù)次暴雨肆虐，造成崩塌地與土石流等土石災(zāi)害頻發(fā)。因此，結(jié)合上述遙測技術(shù)所產(chǎn)制的各項數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、判別分析及羅吉斯回歸分析等方法，針對土木水利工程中的土石災(zāi)害區(qū)域建立不同的災(zāi)害潛在威脅分析模式，以下針對不同方法說明。

2.1以集水區(qū)單元建立土石流潛在威脅分析模式

利用某水利局提供的土石流潛在威脅溪流信息，以集水區(qū)為分析單元進(jìn)行潛在威脅分析模式建立。由集水區(qū)范圍萃取的土石流潛在威脅因子包括集水區(qū)面積、形狀系數(shù)、環(huán)性比、平均坡向_X方向向量、平均坡向_Y方向向量、面積高度積分（殘土率）、高度變異系數(shù)、平均坡度、平均坡向、前百分之五平均坡度、坡向標(biāo)準(zhǔn)偏差及兩側(cè)50m范圍崩塌面積等十二項，結(jié)合土石流潛在威脅溪流內(nèi)的敏感溪流與非敏感溪流數(shù)據(jù)進(jìn)行羅吉斯回歸分析，得到一組回歸方程式，將該地區(qū)境內(nèi)各土石流因子資料代入回歸方程式，因羅吉斯回歸值介于0至1之間，將0至1之間分為四等分，由小至大定義為低、中、中高及高四個潛在威脅分級，形成土石流發(fā)生潛在威脅分級圖。

2.2利用統(tǒng)計方法以斜坡單元建立山崩潛在威脅分析模式

可依據(jù)某地區(qū)環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)及數(shù)值地形，探討強(qiáng)風(fēng)、洪水、暴雨事件與崩塌地之間的關(guān)系。將山崩類型分為巖屑崩滑、巖體滑動與落石型三類，以斜坡單元萃取山崩潛在威脅因子，因子包括高程、坡度、坡向、舊崩塌地情況、道路開發(fā)、順向坡、巖性及雨量等八類。將各因子歸一化后，以統(tǒng)計法中的判別分析方法，結(jié)合三個事件的崩塌地數(shù)據(jù)及斜坡單元所萃取的因子進(jìn)行判別分析，各類型山崩得到一組判別分?jǐn)?shù)與因子及其權(quán)重的關(guān)系方程式，將判別分?jǐn)?shù)定義為山崩潛在威脅分析的潛在威脅值并劃分為高、中高、中及低等四個等級，以分析得到的各斜坡單元潛在威脅分級繪制山崩潛在威脅分級圖。

2.3利用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)格單元建立山崩潛勢分析模式

針對某山區(qū)進(jìn)行山崩潛在威脅分析，研究其集水區(qū)范圍，使用歷史災(zāi)害事件的遙測影像數(shù)據(jù)，對各事件崩塌地進(jìn)行數(shù)值化處理。利用衛(wèi)星影像所制作的數(shù)值地形網(wǎng)格為基礎(chǔ)，結(jié)合崩塌地判釋數(shù)化的成果，利用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法進(jìn)行網(wǎng)格單元的山崩潛在威脅分析，可分析得到的成果達(dá)到近八成的總體正確率。

3結(jié)語

本文闡述了災(zāi)后土砂災(zāi)害量化評估的各項技術(shù)，介紹了快速災(zāi)害后衛(wèi)星圖像處理與土砂災(zāi)害判釋效率與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，包括快速影像正射處理、擬真色衛(wèi)星圖像處理及崩塌地自動識別等技術(shù)。依據(jù)遙測圖像處理后的數(shù)據(jù)，針對不同的分析單元與災(zāi)害類型，結(jié)合不同的方法來建立各類型土木水利工程災(zāi)害潛在威脅的分析模式，可為政府單位提供災(zāi)害防范與災(zāi)后整治及重建的參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱澤鋒，張偉.遙測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)展望[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2016，35(12)：57-60.

[2]王佃明，賈逸，劉一民，等.地質(zhì)災(zāi)害智能化遙測技術(shù)在金陽典型滑坡點(diǎn)的應(yīng)用示范[J].陜西建筑，2015(12)：49-52.

[3]王玄君，周冬橋.山洪災(zāi)害防治預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014(6)：63-67.

作者:何澤宇 單位:益陽市會龍山街道水利管理站