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高分辨率遙感影像支持下的水玉線沿線地質信息提取
2018智能電網增刊
楊繼業1,李占軍1,劉 然1,孫 巖1,高 勛1,呂忠華1,馬 強1,利相霖1,林 濤2,張旭晴3
1. 國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院,遼寧 沈陽 110015; 2.大連電安工程建設監理有限公司,遼寧 大連116021;3.吉林大學,吉林 長春130026
摘要: 通過遙感(RS)技術在遼寧省水玉線輸電線路地質災害調查和應急中的應用前景,應用GF-2高分辨率衛星,從影像遙感解譯技術的角度得出遼寧省水玉線高壓輸電線路地質災害類型,分別是不穩定斜坡、不穩定邊坡、崩塌、泥石流和采石場等,災害分布較為密集。遙感技術對于水玉線地質信息提取提供了有效認識,為電力工程穩定性分析提供可靠指標,為電力系統建設發揮重要作用。
中圖分類號: TM7
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.061
Abstract:
Key words :

0  引言

    隨著西電東送等電力工程的發展壯大,國家電網安全遭受到前所未有的考驗,電塔基座的穩定可靠是送電工程安全運行的必要保障。輸電線路工程地質災害,因其具有發生頻率高、危害顯著的特征,已引起電力維護、建設保險等行業的高度重視,電力沿線的地質災害情況要時刻監視,做到實時的預警與預測,讓危害發生在可控范圍內。

    得益于衛星技術近年的發展,遙感在地質災害調查監測中變得舉足輕重[1]。日本和歐洲等國家和地區已經運用多時相高分遙感影像針對崩塌、泥石流等地質災害問題進行長期監測[2]?;?、崩塌、泥石流等災害調查規范中,遙感調查處于先導位置,以高分影像作為信息處理底圖,并對多源數據進行融合分析,將提高野外勘探與驗查工作的效率和質量[3]。規劃輸電線路勘測了解區域內情況的途徑少,地形圖只能概略反映部分宏觀信息,難以對沿線區域的微觀穩定性和地質條件狀況作出判斷。遙感技術領域高分辨率衛星數據的應用,結合圖像解譯,使得對輸電線路所經區域內的微觀地貌(如地質概況、水系分支、潛在地災及發育狀態)將會有較為清晰的認識。遙感影像解譯相較于傳統調查資料,在地物分類上具有顯著的特征,很容易將不同物質分辨開。隨著遙感技術的進步,對于準確勾畫各類地物的分界線,提高解譯成果的可靠性具有重大意義。

    輸電線路為了將電力從發電廠通過高壓線路和塔架傳輸到居民區,其沿線分布為線性形狀,具有以輸電線路為中心線并且具有一定緩沖區的帶狀分布,沿線范圍隨線路長度遞增。本文研究水玉線輸電線路沿線的地質災害穩定性評價分析,保證輸電沿線的正常運營,對水玉線利用遙感解譯手段監測預警、預測分析,起到貫穿項目、全局把握的作用。

1  研究區概況

1.1 自然地理

    水玉線220 kV送電線路全長157 km,共325基鐵塔,研究區位于遼寧省東北部,與吉林省西南邊界相接壤,經度介于123.83°~125.28°,緯度介于41.39°~42.25°,研究區如圖1所示。全線97%處于山區,沿線海拔40 m~600 m,線路路徑沿線地形基本呈高-高-低分布。線路經過地區較高的山有磨盤山、雞冠山、老鷂窩山、橫山、牛碲山等,其東側山脈隸屬長白山支脈的延伸部分。遼寧省位于歐亞大陸東部,屬中緯度地區,溫帶大陸性季風氣候顯著。

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1.2  區域地質

    水玉線之間大量交叉跨越,工程沿線巖土體類型多樣,水玉線輸電沿線平均海拔高,地質災害發生頻繁,地貌地形極其復雜,滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現象發育較全,對送電線路的主要組成部分即塔基的穩定性構成極大威脅。

    研究區具有如下特點:地形地貌條件復雜;氣候條件豐富多樣、構造地質活躍,導致一系列災害問題頻繁發生;沿線滑坡、泥石流、崩塌等不良地質現象隨季節活躍;區域穩定性差。除以上地形地質條件外,災害還受工程切坡、采石采礦等人為因素影響。

2  地質災害遙感解譯標志

    災害體的圖像識別一方面利用圖像信息的空間結構,如地物的形狀、紋理等;另一方面通過對圖像的光譜信息中的亮度值,結合地層巖石及微地貌、植被等景觀特征,建立地災體的不同解譯標志,再利用遙感信息的分類提取解譯標志,將巖性信息、地質基礎構造、不良地質及植被信息提取出來。下面簡要介紹地質災害解譯標志和影像特征。

2.1  滑坡

    平面幾何形態、滑體內部特征、地貌等標志。后壁一般呈現圍椅狀且角度陡峻,微觀地貌特征清晰,水玉線地質結構較為穩定,大多為不穩定斜坡或者是不穩定滑坡。不穩定斜坡是指尚未處于極限平衡狀態的斜坡,在遙感影像上具有顯著的特征,一般較為平滑,以綠色和淡粉色為主。

2.2  崩塌

    崩塌在遙感影像上色調淺,在陡崖的一方有淺色調的錐狀地形,有粗糙感或呈花斑狀的錐形。有明顯的堆積體,一般不長植被或植被稀疏。在節理裂隙發育完全的堅硬巖石中,由其組成的峽谷陡岸與陡峻山坡上通常孕育崩塌,以往航片顏色的深淺判別容易漏判和誤判。中低分辨率的ETM和SPOT圖像上,人工建筑的物體不易識別,僅能識別規模較大的崩塌堆積體,但在高分辨率衛星影像上顯示得非常清晰。崩塌堆積體因其解譯簡單,主要解譯標志如下:

    (1)位于陡峻的山坡地段,易發生于山坡處,上部陡,下部平緩,谷底或斜坡平緩地段常有堆積物,表面崎嶇不平,粗糙感明顯;

    (2)崩塌周圍有明顯的輪廓線,大部分處于遙感圖像的陰影范圍內,不易辨別。崩塌峭壁色調同巖性相關,但多呈淺色調或接近灰白,不長植物,崩塌體上植被不發育,僅在老崩塌堆積體可見零星分布的植被;

    (3)當大規模崩塌堵塞了河床時,崩塌處上游由于積水形成小湖,而崩塌處的河流則在此處形成瀑布狀峽谷。

2.3  泥石流

    地質外貌、植被、紋理、色調等標志。泥石流在影像上主要表現為頂部呈瓢形,山體坡度陡峻,巖石破碎表征強烈,巖石表面色調深淺各異,沖溝內淺色松質固體堆積,沖溝沒有溝槽,植被無法生長,長呈條帶狀扇形,輪廓不固定。在地形上具備山高溝深,地形陡峭,溝床縱度降大,泥石流的地貌一般可分為形成區、流通區和堆積區3部分。形成泥石流必須兼具以下幾個因素:

    (1)河水流域內,山坡面上和溝谷中存在異常多的自然或人為堆積的松質土層,或者有受人類活動干擾而失穩的表面體;

    (2)流域內地形起伏大并有較大的溝床縱坡;

    (3)流域中上游發生強降雨,急驟融雪、融冰過程或水庫的潰決。

    不同于崩塌滑坡解譯過程,泥石流危害產生于發生時,發生后災害后形成的大量堆積物堆于大江大河岸邊,對人類活動造成巨大危害。因此泥石流解譯前,第一步要對泥石流溝進行類別判斷,并判斷其發生泥石流的可能概率。 泥石流溝的判別分為定性辨別和統計分析判別。

2.4  礦山

    在影像上能明顯看出其紋理與周圍地物有較大差異,地物界限分明,一般無植被覆蓋,水玉線人工開采礦山較多,有幾處明顯的尾礦庫。

    通過初步研究,對水玉線線路走廊的地質條件進行分析,對不良地質現象的類型、發育特征、分布狀況及其發展趨勢進行判斷,分區段評價線路工程地質條件及其穩定性。工作程序如圖2所示。

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3  研究方法

3.1  圖像預處理

    為了提高圖像可解譯度,突出微地貌、地質構造、危險地質現象及植被等信息因素,得到良好的解譯效果,針對水玉線送電線路重點路段,利用處理手段作進一步的圖像信息的增強處理,以達到有效提取相關信息的目的。通常采取比值處理、高斯濾波、彩色空間轉換、主成分分析、MNF變換、最大似然分類等處理方法,提高待解譯圖像質量。

3.2  地質災害遙感影像解譯

    為了表現遙感解譯技術快速、精確、高效能的特點,在分析已有區域構造地質和不良地質資料的基礎上,通過GF-2衛星影像作為基礎信息源,采用GCS_WGS_1984坐標系,對水玉線線路開展工程地質遙感解譯工作。由于地貌的不同成因類型具有不同的影像紋理結構和水系類型等特征,通過高分遙感解譯,最終將研究區分為不穩定邊坡、崩塌、不穩定斜坡、礦山、泥石流、采石場等危害型區域。

    本次工作區地質災害規模以小型為主,去除由于人工植被破壞導致的驗證錯誤點,基于遙感影像解譯了地質災害點41處,其中不穩定斜坡6處,礦山16處,不穩定邊坡4處,采石場2處,煤場2處,泥石流11處。從以上災害類型中挑選典型區域如圖3~圖8所示。

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3.3  地質災害解譯特征分析

    基于GF-2衛星影像,根據區內實際情況,區內地質災害以礦山為主,次為泥石流,再次為不穩定斜坡。礦山主要分布在田家堡村西北部,于家村東北部,傲牛村西南部;泥石流主要分布在灣龍背村西南部,朝陽村西南部與東北部;不穩定斜坡與不穩定邊坡主要分布在李家鋪村,洪家西溝附近。

    地質災害的發生通常是由內、外兩種因素作用。內在因素通常是受地質條件背景影響,通常由地質體構造、地形地貌、地層巖性、坡體結構等因素構成。區域地質環境背景決定了該處地質災害的主要災種、災害發生的可能性與空間分布規律以及災害的規模和強度。外在因素由災害產生的誘發因素構成。當地質環境符合條件時,誘發因素將是災害具體發生的必要因素。

    地質災害爆發的條件有人為與自然兩類。人為觸發因素包括開墾挖掘、邊坡施工、坡頂堆載、水庫蓄水、植被破壞、地下水過度開采等;自然條件主要有強地震、大降雨、植被季節變化等。區域地質背景、自然與人為觸發因素共同構成觸發因素的充要條件。地質環境條件解譯,應充分收集已有的資料,利用遙感影像對已有資料進行必要的補充、修正。

4  結論

    (1)水玉線沿線地災體以中小型規模為主,單體范圍一般數百至數千立方米,不均勻分布,利用遙感解譯成功獲取水玉線沿線地質災害分布點,基于遙感影像解譯了地質災害點41處,其中不穩定斜坡6處,礦山16處,不穩定邊坡4處,采石場2處,煤場2處,泥石流11處。

    (2)高精度的遙感影像解譯過程可以對多時相、多光譜遙感工作進行必要的補充和完善。此次水玉線沿線地災解譯工作研究,在長距離送電線路工程中遙感解譯的效果是非??捎^ ,證明遙感解譯技術在送電線路工程中有良好的可靠性,缺少先驗情況下對地質信息識別具有良好的結果。

參考文獻

[1] HAQUE M M. Selecting optimum band combinations for the visualisation of eight - band Worldview2data[Z]. 2011.

[2] 曹彬, 李君, 孫倩,等. 電網遭遇震害的應對措施與優化設計[J]. 供用電, 2016, 33(3):76-82.

[3] 薛東劍, 張東輝, 何政偉,等. 多源遙感影像融合技術在地質災害調查中的應用[J]. 遙感技術與應用, 2011, 26(5):664-669.



作者信息:

楊繼業1,李占軍1,劉  然1,孫  巖1,高  勛1,呂忠華1,馬  強1,利相霖1,林  濤2,張旭晴3

(1. 國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院,遼寧 沈陽 110015;

2.大連電安工程建設監理有限公司,遼寧 大連116021;3.吉林大學,吉林 長春130026)

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