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

1、采用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)西南地區(qū)鐵路泥石流的動(dòng)態(tài)演化過(guò)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(dòng)態(tài)信息的方法。比較國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究工作和成果、研究方法和現(xiàn)狀，在我國(guó)西南多云霧地區(qū)實(shí)施和開(kāi)展泥石流遙感研究亟待解決的問(wèn)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(dòng)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(lèi)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(duì)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(guó)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(wú)人遙控飛艇為飛行平臺(tái)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)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(shù)。用FMEA(Fault Mode Effect Analysis)、FMECA(Fault Mode Effect and Criticality Analysis)方法結(jié)合故障樹(shù)的最小割集對(duì)系統(tǒng)的潛在故障原因進(jìn)行了分析。通過(guò)系統(tǒng)的

4、可靠性增長(zhǎng)研究，分別對(duì)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(duì)飛艇這種浮空式飛行器發(fā)生故障后可能長(zhǎng)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(xiàn)峨邊車(chē)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(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)獲取了可見(jiàn)光視頻磁帶，完成了國(guó)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(chǎng)階段、遙感實(shí)施階段的相關(guān)規(guī)章和條例。針對(duì)沿鐵路線(xiàn)長(zhǎng)距離、多區(qū)域遙感作業(yè)中的飛艇轉(zhuǎn)場(chǎng)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(dòng)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(chǔ)量動(dòng)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(wèn)題是由于地形、地貌侵蝕改造后找不到同名點(diǎn)對(duì)。針對(duì)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(duì)觀測(cè)方程影響的算法模型：依原始地形坡度不同對(duì)觀測(cè)方程中DEM高程差取不同的采信度。將用于航片絕對(duì)定向的無(wú)控制點(diǎn)匹配算法MLZD(穩(wěn)健的最小高程差)改進(jìn)為針對(duì)泥石流流域多時(shí)相DEM無(wú)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(duì)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(duì)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?jī)?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(jí)，最小誤差值低一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。用解譯的二維平面信息，對(duì)泥石流進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)是長(zhǎng)期以來(lái)專(zhuān)業(yè)人員的研究模式。由于很多遙感圖像沒(méi)有第三維的高程信息或沒(méi)有可用精度的高程信息，對(duì)泥石流溝的侵蝕狀況的評(píng)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(zhǎng)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(duì)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(shì)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(guò)程，建立了用侵蝕速率與侵