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滑坡给山区人民带来了巨大的人员伤亡和财产损失,每年因滑坡造成的直接经济损失达数十亿美元以上的国家有日本、印度、意大利、美国、中国等。统计显示滑坡灾害数量呈现逐年增长趋势,已成为国际社会关注的热点之一。滑坡灾害受时.空多变要素影响和控制,全面认识滑坡需建立在多源数据获取及其信息提取和分析基础上。传统工程地质手段存在数据源有限、数据获取耗费大、更新周期长等问题,不能满足大范围内滑坡动态监测、预警和评估需求。因而,发展多源数据获取及其快速处理、综合分析和灾害制图等技术手段是当前滑坡监测、预警和评估研究的有效手段和技术难点。
随着遥感对地观测及图像处理技术的迅速发展,遥感数据源迅猛增长且时.空.谱分辨率不断提高,使得遥感技术在滑坡乃至地质灾害领域研究中取得了广泛的应用,成为了地质灾害信息提取、动态监测有效手段之一,遥感与地理信息系统的结合更是当今地质灾害领域研究的热点,已渗透到滑坡调查、监测、评估、预警预报和应急救灾等各个环节。但是,在地质灾害应用中并没有充分发挥遥感技术的优势和作用,尤其是我国还处在探索阶段。因此,充分发挥遥感技术的作用和优势,有效地实现遥感信息与非遥感数据的融合等是地质灾害研究迫切需要解决的问题。
三峡工程规模之巨大、位置之重要、影响之深远,是我国乃至世界水利建设史上前所未有的,兼具发电、防洪和航运等多方面经济和社会效益。然而,斜坡稳定性问题,如滑坡、崩塌、泥石流等,是三峡库区广泛存在的地质问题,目前已查明灾害点数超过1万处,成为库区经济和社会发展的最大威胁和障碍,是我国地质灾害防治工作的重点示范区。三峡库区地质灾害具有较好的工作和研究基础,取得众多研究成果,积累了大量可供研究的基础数据,是多源数据滑坡灾害信息提取与分析的典型研究区。论文以三峡工程库区为研究对象,选择滑坡灾害突出的库首区秭归至巴东库岸段长江干流岸坡为研究区,在系统收集研究区多源数据基础上,围绕遥感与非遥感信息融合的滑坡灾害信息提取和分析这一研究主题,探索多源数据滑坡信息提取和灾害分析,以及滑坡灾害多源信息表达与制图。
本文主要研究内容和成果如下:
(1)提出了基于多源数据融合的滑坡信息提取和分析模型。在分析滑坡遥感解译和信息提取中存在问题基础上,探索多源数据融合的滑坡灾害信息提取,包括滑坡编录图及承灾体信息、滑坡孕灾环境、滑坡影响因素。重点研究了多时.空.谱遥感数据融合和遥感与非遥感信息融合。模型包含以下研究工作:多源数据三维可视化滑坡解译,获取了研究区1:1万比例尺的滑坡编录图;引入多尺度图像分割和面向对象信息提取技术获取滑坡承灾体信息:提出了多源信息融合的岩土工程性质区划方法,通过支持向量机分类得到研究区岩土工程地质区划图,将岩土工程性质分为硬岩、软硬相间和软岩(含土质)3类,混淆矩阵精度评价分类总体精度为74.6%,Kappa系数为0.62;提出了多源数据融合的第四系厚度区划和关联规则挖掘方法,获取了第四系分布和厚度区划图,挖掘了土层厚度与坡度、NDVI和岩性之间的关联规则集;通过多时相卫星影像土地覆盖分类和变化检测获取研究区多时相土地覆盖分类图,并定量分析了研究区20多年来土地覆盖变化;在滑坡多源信息提取的基础上,利用SVM评价模型得到研究区滑坡预测图(分为滑坡或非滑坡区,分别用1和0表示)和易发性评价图(用0到1的连续值表示);探讨了基于遥感的简易、快速的区域滑坡风险定性评价模型,即滑坡风险=滑坡易发性×人类工程活动强度,并获得了研究区滑坡风险区划图。
(2)探讨了滑坡灾害多源信息表达与制图。以防灾减灾需求为驱动,本文界定了滑坡灾害图内涵、编图目的任务、图面构成要素、图面图式和表达规范,并阐述了编图技术要求制定和滑坡灾害图编图流程。本文将滑坡灾害图(LandslideHazardMap,LHM)定义为展示滑坡灾害分布及性质、滑坡孕灾环境、诱发因素、危害对象,及滑坡易发性和灾害风险等信息的一种综合性专题地图,重点在揭示滑坡孕灾环境、影响因素及其动态变化,分析和评价滑坡灾害易发性、易损性和灾害风险,为滑坡灾害预警预报、防灾减灾、风险管理和决策支持服务。滑坡灾害图由滑坡编录图、承灾体分布图、滑坡孕灾环境图、影响因素图和滑坡灾害分析图5个部分、12种专题图组成,采用“主图+副图”的图面表达形式,其编图流程可归纳为资料收集和整理、遥感解译和专题图制作、野外调查、成图、滑坡灾害空间库及其维护等5个阶段。总之,滑坡灾害图是多源信息的集合体,兼具“滑坡”与“灾害”(即自然和社会)双重属性,表达方式上“静态”与“动态”相结合,充分体现了遥感技术在防灾减灾中的作用。
(3)建立了多源数据融合的滑坡灾害信息提取与分析的方法和技术体系。本文初步建立了一套从多源数据融合的滑坡信息提取和分析模型,到滑坡多源空间信息表达与制图,为滑坡灾害防灾减灾提供方法和技术支持。