北京地质环境遥感调查与监测应用研究.pdf

2 0 0 9 V 0 1 ． 4 NO ． 2 王颖 北京地质环境遥感调查与监测应用研究 2 0 0 9 第 4 卷第 2 期 北京地质环境遥感调查与监测应用研究 王 颖 北京市地质研 究所 ，北京1 0 0 1 2 0 摘要 遥 感技术 具有宏观 、快速 、准确 、动态、 多时相等特点和优势 ，可以为城 市地 质环境 调查提 供有效的技术 方法和研究手段。本文主要结合北京地质环境及其调查监测工作，对地质环境遥感调查与监测应用性进行了分析和 研 究 。 关键词 地 质环境 ；遥 感调查 与监测应 用 中图分类号X 8 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 -1 9 0 3 2 D 0 9 0 2 0 0 3 5 0 5 1 遥感技术已广泛应用于地质环境调查 遥 感是 利用 航天 或航 空遥 感器 对陆 地 、海洋 、大 气 、环境 等进 行监 测与测 绘的综合 性高 新技 术 。 自2 0 世 纪7 0 年代 以来 ，伴随航 天技 术的发 展 ，遥 感技 术也 由航空摄影 阶段迅 速发展到航天卫星遥感阶 段。 信 息技 术和 传感 器技 术的 飞速 发展 丰富 了遥 感数 据 资源 ，美 国 、俄 罗斯 、 日本 、欧 空局 、 中 国 、法 国 、印度等 国相继 研制并 发 射 了地 球遥 感卫 星 ，形 成 了多个资源 陆地 卫星系列 。 随着不 同光 谱 、空 间 、辐射 、时 间分 辨率 传感 器 的相继 使用 以及遥 感应 用模型 和相 关学科 的发 展 ，遥 感 已经 进入一个 能 动态 、快速 、多平 台、多时 相 、高 分辨 率地 提供 对地 观测数 据 的新阶 段 。主 导地 质调 查 和地 学研 究的 “ 3 S ”技 术 ，已广泛 应用于 国土 资源调 查 、环境调查 与监 测、水文 调查、地学研究等领域 。 2 北京地质环境问题及其调查监测工 作概况 Pr o g r e s s e s i n t h e i n s i t u g r o u nd wa t e r t r e a t me n t t e c h no l o gi e s f o r i n o r ga n i c c o nt a mi na nt s HAN Ni n g ， WE I L i a n q i ， LI U J i u r o n g 。 ， YE C h a o 。 ， C HE N Yu n f a ．I n s t i t u t e o fP r o c e s s En g i n e e r i n g , C h i n e s e Ac a d e my o fS c i e n c e s , Be ij i n g 1 0 0 1 9 0 ； 2 ． Gr a d u a t e U n i v e r s i ty o ft h e C h i n e s e Ac a d e my o fS c i e n c e s , Be i j i n g 1 0 0 0 3 9 ； 3 ． Be ij i n gi n s ti t u t e o fHyd r o ge o l o g y a n d En gi n e e r i n g G e o l o g y , Be ij i n g 1 0 0 1 9 5 Ab s t r a c t T h e c o n t a mi n a t i o n o f g r o u nd wa t e r ． c a u s e d b y i n d u s t r i a l i z a t i o n ． i s b e c o mi n g e v e r mo r e s e r i o u s a n d a t t r a c t i n g mo r e a t t e n t i o n wo r l d wi d e ． F o r e i g n r e s e a r c h e r s a n d e n g i n e e r s h a v e b e e n wo r k i n g o n c o n t a mi n a t i o n t r e a t me n t f o r a l o n g t i me ， wi t h a n u mb e r o f s u c c e s s f u l p r o j e c t s ． R e c e n t l y ， r e s e a r c h o n g r o u n d wa t e r c o n t a mi n a t i o n i n v e s t i g a t i o n a n d t r e a t me n t h a s a l s o b e e n s t a r t e d i n Ch i na ， wi t h v a r i o us e x pe r i m e nt s be i ng c a r r i e d o ut ．Fo c us i ng o n t he i nor g a ni c c o nt a m i na nt s ， t hi s pa p e r pr e s e nt s t h e i r o r i g i n ， h a r m a n d p r o g r e s s e s i n t h e i n s i t u t r e a t me n t t e c h n o l o g i e s ， a i mi n g a t c o n t r i b u t i n g t o t h e g r o u n d wa t e r c o n t a mi n a t i o n i n v e s t i g a t i o n a n d t r e a t me n t r e s e a r c h e s ． Ke y wo r d s g r o u n d wa t e r c o n t a mi n a t i o n ； i n o r g a n i c c o n t a mi n a n t ； o r i g i n； ha r m； i n s i t u t r e a t me n t 作者简介王颖，女 1 9 8 1一，主要从事遥感、GI S 技术在环境、地质等方面的应用研究。E ma i l s t a r ．wy 1 6 3 ． o o m 2 0 0 9 第 4 卷第2 期 方法应用 2 0 0 9 V01 ． 4 No ． 2 1 北京地质环境问题 北京平 原地处 华北平 原西北端 ，三 面环 山 ，地势 西北高东南 低。近年 来 ，随着城 市建设 的迅速 发展 ， 人 口剧增 ，工 程活动很 多 ，致 使北京城 市地质 问题 日 益 突出 ，甚 至引发 了一些地质 灾害 ，给城 市经 济可持 续发展及人 民生活造成了不可忽视 的有害影 响。 北京 山区 的 地 质灾 害 主 要 为 崩 塌 、 滑坡 、泥 石 流 、采空塌 陷 ，北京平原 地面沉 降已经 引起关注 。地 质灾害常造成人员伤亡和财产损失 。 北京山 区采矿历 史已有百 余年 ，矿 山常 常 占用大 量土地 、破 坏植被 、污染矿 区周 围地 表水 ，给 山区脆 弱的生态环境带来了一 定威胁 。 2 北京地质环境调查监 测工作概况 针对 目前存在 的地质环 境 问题 ，北 京市 已经先后 开展 了地质环 境调查 监测工作 。但在 工作 中还 存在一 些不 足 ，如调 查技术手 段和工作 方法单 一 ；地 质环境 动态调 查监 测周期长 ，难以实现数 据快 速更新对 地质 灾害突发事件预测 、预报精度不够等 等。 遥感技术具 有快速 、动态、宏观 、准确、多时相等 优势，解决了工作 中 “ 点”代“ 面”的监测问题 ，是地 质环境调查监测 的重要手段 ，具有 良好的应用前景。我 们在这方面已经起步 ，正在努力学 习国内外有关先进技 术，以提高北京地质环境调查监测工作的科学水平 。 3 北京市地质环境遥感应用前景和应 用实例 3 ． 1 北京市遥感数据资源丰富 1 定期大 比例尺航片 2 0 0 0 年 以后 ，北京开始 每年进行一次 航拍 ， 目前 存 有2 0 0 1 2 0 0 6 年六环区域内1 2 0 0 0 H 全市域 1 1 0 0 0 0 的正射航空影像数据 真彩色。 2 全市域多类型 、多波段 、多时相的卫星数据 北京 拥 有 大 量 多 时相 、覆 盖 全 市域 的商 业 卫 星 数据 ，多光谱 MS S、T M、E T M、E T M、S P OT 2 、 S P OT 4 、A L OS、中巴资 源卫星数 据 ；高分辨 率数据 S P O T 5 、I K ON OS 、QUl C K B l R D 、E R S，一些数 据涵 盖可见光 、近红外、热红外 等波段 。 3 短周期小卫星数 据 2 0 0 6 年 以后，北京开始接 收 “ 北京一 号”小卫星 数 据应用于 奥运期 间及 以后的城市基 础设施建 设及管 理 、资源环境 调查监 测 、地 质灾害预 测预报 等项 I1。 其数据重返周期较短 ，在5 7 天左右 ；多光谱数据幅宽 6 0 0 k m X 6 0 0 k m，一景数 据可 以覆盖全市 ，全 色数据 幅宽2 4 k m X 2 4 k m，5 6 景数据覆盖全市。 4 珍贵的历史航 空影像数据 北京存有大量的上世纪5 0 - 4 3 0 年末的历史航空影像数 据，如1 2 ． 5 万北京山区黑白航片，1 1 万、1 2 千覆盖 全市的真彩色航片，1 6 ． 7 万的全市彩红外航片等。 3 ．2 遥感技术为地质环境研究提供技术支持 1 多源遥感处理技术的成熟应用 近年 来 ，遥 感图像处 理 方法逐渐 走向实用 化 、产 业化 阶段 。从 早期广 泛使用 的人工 目视遥感 解译到现 在 的 自动计 算机算法 图像处理 ，大大 带动 了遥 感技术 的深 度应用 和准确度提 高 。遥 感数据 的图像校 正 、图 像增 强、多 源遥 感数据 融合 、图像分 类、生物物理 建 模 ，海 量遥感数 据的存储 、管理 、压缩 等图像处理 技 术 ，取得 了突破性 的进 展 ，并进 入实用化 阶段 。多源 遥 感处理技 术 的成熟应 用可 以有 效提取地 质环境 的相 关信息 ，使其研究更加 深化 。 2 R S 与GI S、GP S 集成及综合应用 遥感 R e mo t e S e n s i n g ，RS 、地理 信息系统 Ge o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m，G I S 、全球卫 星定位系统 Gl o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m，GP S 3 种 技术集成为“ 3 S ”技术 。在 “ 3 S ”技 术集成 中，遥感 用于实 时 、快速 地提供 大面积地 表物体 及其环境 的几 何 与物理 信息 ；地 理信 息系统是 对 多种来 源的时 空数 据 进行综 合处理分 析和应 用的平 台 ；全球 卫星定位 系 统 主要用 于实时 、快速地 提供 目标 物的空 间位置 。遥 感 、地理 信息 系统 、全球 定位 系统 三者集成 利用 ，构 成 为整体 的、实时 的和动 态的对地观 测 、分析 与应用 运行系统。 目前 ， “ 3 S ”技术已经不仅仅是指遥感、地理信息 系统、全球定位系统三者 ，而是泛指遥感技术与其他新 技术的结合 ，包括与传统技术方法的有机结合。3 S 技术 的集成和综合应用可 以有效完成数据的空间分析 、海量 数据存储管理等 ，为地质环境研究提供了技术保证。 2 0 0 9 第 4 卷第 2 期 方法应用 2 0 0 9 Vo1 ． 4 No ． 2 查明来广营地 区2 0 0 4 年1 月1 4日 U 2 0 0 5 年3 月9 日间之最 大沉降量达到1 1 0 mm，其分布面积较大 ，见图5 。 1 1 0 mm 案 鞠●■■■鬟 _ 慧 霜 魏 O c m 图5 2 0 0 4 - 2 0 0 5 年来广营地区地面沉降量 4 生态地质环境监测 由地质营 力诱发 的生 态环 境变化 和效 应一直 备受 瞩 目，我 市在生态地 质环境 遥感应 用方面 取得 了明显 成效。 1 9 9 1 年我市利用 E T M影像对密云水 库暴雨前后进 行 了泥沙 混浊量 的动态 监测 ，见图6 所 示。2 0 0 2 年我 市 又利用T M影像数 据 图7 对 北京湿地 进行动 态监 测 ，重 点查 明湿 地的分布 、面积 等信息 ，通过遥 感解 译得 U 2 0 0 2 年北京地区湿地景观格局分布 图 图8 ， 为北京 湿地环境保护提供可靠数据 。 暴雨前水库影像 1 9 9 1 年5 月1 6 暴 雨后水库影像 1 9 9 1 年6 月1 7 图6密云水库暴雨前后水质 E T M 4 - 影像对比 图7 2 0 0 2 年北京市T M影像图 图8 2 0 0 2 年北京地区湿地景观格局分布图 4 北京地质环境遥感调查与监测前景 展望 鉴 于 目前 我们拥 有丰 富的遥感数 据 资源 ，我市可 以进一步 开展地 质灾害 、矿 山环境 、地面 沉降 、生态 地质环境等方面的遥感调 查与监 测等工作。 1 突发地质灾害遥感调查监测、预警与评估 北 京 地 区 的 突 发 性 地 质 灾 害 以 山 区 崩 滑 2 0 0 9 V 0 1 ． 4 No ． 2 王颖 北京地质环境遥感调查与监测应用研究 2 0 0 9 第 4 卷第 2 期 塌 、泥 石 流 、 采空 塌 陷为 主 。在 遥 感 影 像 上 可 以 直 观 识 别 出 崩 塌 、 泥 石 流 、 塌 陷 等 灾 体 发 育 状 况 、 影 响 范 围 等 。 可 利用 多 时 相 的 S POT、 I KONOS、 QUI CK BI R D、 “ 北 京一 号 ”等 高分 辨率 卫 星遥 感数 据 ，辅 以航空遥感数据 ，进 行信息提取 ，并 结合GI S 技 术和 相关地 质知 识对泥 石流 、采 空塌 陷等 突发性 地 质 灾害进 行实 时或 准实时 的灾情 调 查 、动 态监 测和 损害 评估。 2 矿 山环境监 测 利 用 多时 相 的QU I CK BI RD、 “ 北 京一 号 ”等 高 分 辨率 卫星遥 感数 据 ，对矿 区的矸 石堆 、废矿 尾矿 、 水 、土 、植被 等进 行动 态监 测 ，监 测违法 采矿 情况 ； 利 用高光 谱遥 感数 据监 测矿区 环境 污染程 度及 矿 山环 境恢 复情况 。 3 地 面沉降监测 采 用l n S AR 技 术可 以监 测各种 类 别的 地面 沉降 ， 如平 原 区超采地 下水 引起 的地面 沉降 、采 矿塌 陷引 起 的 滑坡和地 面塌 陷 、地 下 管线破 裂 和地下 工程施 工 引 起的地面塌 陷等 。 4 地 质环境评 价 利用l K ON OS、 QU l C K B I R D、 “ 北京一号 ”等高 分 辨率 卫星数 据 ，通 过提 取 、研究地 形地 貌 、地 质背 景 、工程 岩组 、地 质灾害 、固体 废弃 物处置 、水体 森 林植 被 、人类 工程活 动 等动 态 信息 ，对 城市 、河 流流 域 、 自然 保护 区 、风 景名 胜区 的生态地 质环境 ，进 行 地质环境评价 。 遥感 调 查与监 测技 术的发 展 ，已经 进入动 态 、快 速 、多平 台 、多时相 、高光谱 高分 辨率 地提供 对地观 测数 据的新 阶段 。它 可以快 速实现 北京地 质环 境 问题 的多层次 、全方位综合调查 ，其成果可 以为制定城市 国 民经济和社会发展 国土资源及生态环境的综 合整治 ，提 供科学依 据。随着遥感信息数据处理技术不断提高 ，首 都地质环境遥感技 术的应用空间会越来越广阔。 参考文献 【 1 ] 鞠建华， 李加洪， 李志忠等． 资源环境与遥感． 北京． 地质出版 社 ， 2 0 0 5 ， 6 ． 【 2 ] 王平 ， 李志忠， 王永江等． 国土资源遥感技术发展文 集． 长春 吉林大学 出版社 ， 2 0 0 6 ， 5 9 ． [ 3 】 甘甫平， 王润生． 高光谱遥感技术在地质领域中的应用． 国土 资源遥感， 2 0 0 7 ， 4 1 4 ． The Ca p i t a l Ge o l o gi c a l En vi r o nme n t Te s t i ng Re s e a r c h o n Re mo t e S e n s i n g Su r ve yi n g a n d M o ni t o r i n g W ANG Yi n g Be ij i n gs d mW o f G e o l o g y , Be ij i n g 1 O O 1 2 O Ab s t r a c t Th e r e m o t e s e n s i n g i s c h a r a c t e r i z e d b y ma c r o s c o p i c ， f a s t ，a c c ur a t e ， d y n a m i c a n d r e a l t i me s u p e r i o r i t y ， wh i c h c a n p r o v i d e c o n v e n i e n t ， s p e e d y a n d e ffe c t i v e t e c h n i q u e me t h o d a n d r e s e a r c h me a s u r e o n t he s u r v e y i n g a n d mo n i t o r i n g c i ty g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t ． Th r o u g h t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e pr e s e n t r e mo t e s e n s i n g d e v e l o p me n t a nd t h e a p p l i e d e x a mp l e s o f g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t ， a n d c o mb i n i n g wi t h t h e p r o b l e ms o n s u r v e y i n g a n d mo n i t o r i n g B e i j i n g g e o l o g i c a l e n vir o n me n t ， we h a v e c a r r i e d o n t h e t e s t i n g r e s e a r c h o n t he c a p i t a l g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t r e mo t e s e n s i n g i n v e s t i g a t i o n a n d moni t or i n g． Ke y wo r d s g e o l o g i c a l e n vir o n me n t ； r e mo t e s e n s i n g i n v e s t i g a t i o n a n d mo n i t o r i n g