鐵路泥石流多時(shí)相遙感技術(shù)及動態(tài)信息提取.pdf

1、采用遙感技術(shù)監(jiān)測西南地區(qū)鐵路泥石流的動態(tài)演化過程，關(guān)鍵是獲取泥石流信息的多時(shí)相遙感能力以及從多時(shí)相圖像中提取泥石流動態(tài)信息的方法。比較國內(nèi)外有關(guān)研究工作和成果、研究方法和現(xiàn)狀，在我國西南多云霧地區(qū)實(shí)施和開展泥石流遙感研究亟待解決的問題是：(1)研究與現(xiàn)有航空、航天遙感系統(tǒng)互補(bǔ)、獲取多時(shí)相、大比例尺遙感圖像的云下低空遙感技術(shù)；(2)研究多時(shí)相遙感圖像中泥石流動態(tài)演化特征信息的提取方法。
　　 大比例尺遙感圖像是泥石流研究的重要數(shù)據(jù)

2、源。以鐵路泥石流及類似工程地質(zhì)災(zāi)害和突發(fā)事件的低空遙感為目的的云下低空遙感技術(shù)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有航空、航天遙感系統(tǒng)不易獲取多時(shí)相大比例尺遙感圖像的不足。用系統(tǒng)工程的研究方法，對系統(tǒng)進(jìn)行功能需求分析后，確定的技術(shù)指標(biāo)為：(1)低空遙感飛行真高在幾十至幾百米之間；(2)有效飛行半徑不小于十公里；(3)可以搭載通用攝影機(jī)和數(shù)字成像傳感器、具備視頻流圖像記錄與實(shí)時(shí)傳輸能力。全面比較了國內(nèi)外的低空遙感系統(tǒng)技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域與實(shí)例后，在系統(tǒng)的安全性、快速響應(yīng)

3、能力、多用途、效益/成本比、模塊化等多個(gè)指標(biāo)間進(jìn)行優(yōu)化組合，選擇無人遙控飛艇為飛行平臺。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用可靠性分析技術(shù)建立了低空遙感的基本可靠性模型，建立了單次遙感實(shí)施的任務(wù)可靠性模型和系統(tǒng)的故障樹。用FMEA(Fault Mode Effect Analysis)、FMECA(Fault Mode Effect and Criticality Analysis)方法結(jié)合故障樹的最小割集對系統(tǒng)的潛在故障原因進(jìn)行了分析。通過系統(tǒng)的

4、可靠性增長研究，分別對艙體結(jié)構(gòu)、囊體結(jié)構(gòu)、遙控系統(tǒng)、人-機(jī)交互界面進(jìn)行了改進(jìn)，尤其是針對飛艇這種浮空式飛行器發(fā)生故障后可能長時(shí)間懸浮在大氣層中的嚴(yán)重后果，在艇載控制系統(tǒng)里設(shè)計(jì)了軟、硬件混合的故障應(yīng)急安全系統(tǒng)。在西南交大九里小區(qū)空域和成昆線峨邊車站進(jìn)行遙感飛行試驗(yàn)，獲取了比例尺1∶3200的120規(guī)格和比例尺1∶2800的135規(guī)格的膠片，利用攝像機(jī)和微波無線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)獲取了可見光視頻磁帶，完成了國內(nèi)首次山區(qū)鐵路低空飛艇遙感試驗(yàn)。建立了

5、飛艇低空遙感系統(tǒng)在維護(hù)階段、進(jìn)場階段、遙感實(shí)施階段的相關(guān)規(guī)章和條例。針對沿鐵路線長距離、多區(qū)域遙感作業(yè)中的飛艇轉(zhuǎn)場建立了遙控接力工作模式。試驗(yàn)表明以低成本及時(shí)獲取大比例尺遙感圖像的云下飛艇低空遙感技術(shù)，是泥石流動態(tài)信息分析的重要保障。
　　 從多時(shí)相、大比例尺遙感圖像提取泥石流固體松散物質(zhì)儲量動態(tài)變化信息，基于多時(shí)相遙感圖像中地形信息的利用。多時(shí)相DEM(數(shù)字地形模型)是求算體積差的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。體積差的準(zhǔn)確度和精確度直接影響堆積和

6、流失量的準(zhǔn)確度和精確度以及以此數(shù)據(jù)為依據(jù)所建立的地質(zhì)分析模型的正確性。因此，提高泥石流流域多時(shí)相DEM的匹配精度，是保證泥石流固體物質(zhì)計(jì)量精度的前提。影響泥石流地區(qū)多時(shí)相DEM匹配精度的主要問題是由于地形、地貌侵蝕改造后找不到同名點(diǎn)對。針對泥石流溝不同坡度區(qū)位地形被侵蝕、改造的程度和形式的不同，分析一般意義下一般山地地形與山區(qū)泥石流溝地形變化規(guī)律的共同點(diǎn)和差異點(diǎn)，建立了泥石流溝地形變化在DEM中真誤差與隨機(jī)誤差不可分離的情況下，弱化真誤

7、差對觀測方程影響的算法模型：依原始地形坡度不同對觀測方程中DEM高程差取不同的采信度。將用于航片絕對定向的無控制點(diǎn)匹配算法MLZD(穩(wěn)健的最小高程差)改進(jìn)為針對泥石流流域多時(shí)相DEM無控制點(diǎn)匹配的MBLZD(穩(wěn)健的可變采信度最小高程差)算法。以該區(qū)1957年和1987年所獲取的航空遙感圖像生成的DEM為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，分別用MLZD和MBLZD算法對試驗(yàn)區(qū)2個(gè)時(shí)相DEM進(jìn)行匹配，用20個(gè)已知點(diǎn)對匹配結(jié)果進(jìn)行匹配精度比較，MBLZD匹配算法結(jié)果

8、全部優(yōu)于MLZD算法結(jié)果。與MLZD算法結(jié)果相比，MBLZD算法結(jié)果的誤差均值低2個(gè)數(shù)量級，最小誤差值低一個(gè)數(shù)量級，MBLZD算法結(jié)果的最大誤差值相當(dāng)于MLZD算法結(jié)果的1/3，方差值相當(dāng)于1/4。
　　 多時(shí)相遙感圖像是泥石流信息動態(tài)分析的基礎(chǔ)。用解譯的二維平面信息，對泥石流進(jìn)行分析、預(yù)測是長期以來專業(yè)人員的研究模式。由于很多遙感圖像沒有第三維的高程信息或沒有可用精度的高程信息，對泥石流溝的侵蝕狀況的評價(jià)，仍然采用定性的方法。

9、本文采集了泥石流全流域水平投影面面積，地面溝谷水平投影面面積，溝谷的邊緣長度作為基本數(shù)據(jù)，構(gòu)建了侵蝕度公式。以3條支溝1957年1984年和1987年的多時(shí)相DEM計(jì)算得到的真實(shí)流失量為判據(jù)，對侵蝕度和導(dǎo)出的侵蝕速率與泥石流溝狀態(tài)和實(shí)際流失量的相關(guān)性進(jìn)行了非參數(shù)檢驗(yàn)，結(jié)果表明侵蝕度與侵蝕速率與泥石流溝狀態(tài)及實(shí)際流失量在秩統(tǒng)計(jì)量和次序統(tǒng)計(jì)量具有一致的趨勢相關(guān)性。根據(jù)活躍期泥石流固體物質(zhì)補(bǔ)充和流失的準(zhǔn)周期性循環(huán)平衡過程，建立了用侵蝕速率與侵