一种确定滑坡位移与库区水位波动关系的方法
阅读说明：本技术 一种确定滑坡位移与库区水位波动关系的方法 (Method for determining relation between landslide displacement and reservoir area water level fluctuation ) 是由 曾润强 赵淑芬 张宏雪 张毅 孟兴民 张宗林 陈冠 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于遥感测绘领域,具体涉及一种确定滑坡形变与库区水位波动关系的方法,本方法通过采用SBAS-InSAR方法对研究区处理,计算得到滑坡位移数据；并利用多元遥感数据提取水位信息,获取具体滑坡周边水位数据；最后通过建模分析水位波动条件下库区滑坡位移的变形规率。本发明方法解决了现有相关研究中运用单点监测水位代替特定滑坡周边水位的问题,从新视角分析库水位波动条件下库区滑坡形变规律,为区域监测预警提供新思路。(The invention belongs to the field of remote sensing mapping, and particularly relates to a method for determining a relation between landslide deformation and reservoir area water level fluctuation, wherein the method comprises the steps of processing a research area by adopting an SBAS-InSAR method, and calculating to obtain landslide displacement data; extracting water level information by using the multivariate remote sensing data to obtain water level data around the concrete landslide; and finally, analyzing the deformation regulation of the displacement of the landslide in the reservoir area under the condition of water level fluctuation through modeling. The method solves the problem that the water level around the specific landslide is replaced by the single-point monitoring water level in the existing related research, analyzes the landslide deformation rule of the reservoir area under the condition of reservoir water level fluctuation from a new perspective, and provides a new idea for regional monitoring and early warning.)
技术领域
本发明属于遥感测绘领域，具体涉及一种确定滑坡形变与库区水位波动关系的方法。
背景技术
由于能源紧缺和环境保护等方面的需求,世界上很多国家非常重视水利水电工程建设。然而,水电站在解决能源问题的同时也改变了区域自然环境条件,可能带来一些新的地质环境问题,其中库区岸坡稳定性一直是水利水电工程备受关注的问题之一。水库蓄水后引发坝体失稳破坏案例数不胜数，Malpasset大坝、Buffalo Creek Dam大坝、Vajoint水库、塘岩光水库和溪洛渡水电站等因蓄水诱发的坝体失稳破坏或库岸滑坡造成了数以千计的人员死亡和经济损失。现有的研究表明，水库水位的波动，如水位的快速下降，会降低坡体的稳定性，不仅增加了老滑坡的复活率，还会诱发新的滑坡，使水库成为主要的地质灾害易发区和高风险区。
传统的库水位波动对滑坡变形的影响研究集中在单点的监测，很少利用集成的遥感手段进行区域性的分析，目前SAR影像和光学遥感影像可用于提取水体信息，SAR影像虽然具有全天时、全天候和成像不受云雾影响等特点，可以获得与InSAR形变相同的时间序列，但是山区阴影，风积沙等呈现出跟水体一样的低后向散射体系数，这些干扰信息极大的影响水体提取的精确性。光学遥感影像已被广泛运用于洪涝灾害监测和湿地水体边界提取等方面，但前人研究主要集中于识别水体信息或者提取大范围面状水域，对于某区域的具体水位缺乏深入研究。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供了一种确定滑坡形变与库区水位波动关系的方法，利用多元遥感数据提取水位信息，获取某具体滑坡周边水位数据，具体分析水位变化对滑坡形变的影响，该研究成果克服了传统单点监测的不足，可为水位波动条件下的区域库岸滑坡的监测预警提供新的思路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：
一种确定滑坡位移与库区水位波动关系的方法,通过采用SBAS-InSAR方法对研究区处理，计算得到滑坡累积位移；并利用多元遥感数据提取水位信息，获取具体滑坡周边水位波动数据；最后通过建模分析水位波动条件下库区滑坡累积位移的变形规率。
包括以下步骤
S1.运用SABS-InSAR技术获得覆盖研究区的平均位移速率，绘制位移速率图，圈定形变区域，计算滑坡累积位移；
S2.选择覆盖研究区的多元遥感数据；
S3.计算归一化差分水体指数，得到水体分布图，通过对水体分布图处理得到不同时期的水体边界；
S4.利用DEM建模，将水体边界和DEM相叠加，获取不同时期库水位数据；
S5.分析水位波动条件下库区滑坡累积位移的变形规率。
所述多元遥感数据包括Landsat8-OLI数据和Sentinel-2数据。
所述多远遥感数据的遥感影像时间早于SAR影像3-7天。
所述水体分布图的影像灰度值通过阈值分割后，确定不同时期的水体边界。
所述S4具体包括：
S401.获得DEM数据，提高水位计算过程中数据精度；
S402.运用ArcGIS中的3D分析工具进行地形阴影建模，参数设置中设置方位角和太阳高度，勾选模拟阴影选项，计算地形阴影，对地形阴影进行重分类，单元栅格中赋值为0的区域表示阴影区；
S403.将初次得到的水体边界和阴影区叠加，除去阴影区误提取的水体边界；
S404.将最终得到的水体边界和DEM叠加，得到覆盖整个库区的水位数据，再接着以更小的边界范围进行掩摸提取，得到某特定滑坡周边的水位数据。
所述水位波动条件包括水位增长阶段和下降阶段，根据水位变化规律确定库区水位增长阶段和下降阶段，分别计算对应时间段内滑坡的日位移速率，比较水位上升和下降时期滑坡日位移速率的大小，从而分析水位变化对滑坡位移的影响规律。
本发明的有益效果为：本发明首先通过Landsat8-OLI和Sentinel-2影像计算归一化水体指数，再利用DEM建模去除误提取的山体阴影，得到水体边界，进而得到某特定滑坡周边的水位数据，对大多数研究中提取的大范围的面状数据方法进行改进。其次使用SBAS-InSAR方法获得研究区滑坡形变速率。该方法的提出提高了滑坡位移数据和水位数据获取的速度，克服了传统监测方法获取数据耗时长，监测范围小，费用高等问题，从新视角分析库水位波动条件下库区滑坡形变规律，为滑坡监测预警提供新思路。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为实施例计算的NDWI二值化图；
图3为实施例NDWI阈值分割图
图4为实施例不同阈值分割范围下库区水体边界；
图5为实施例DEM建模去除阴影图
图6为实施例水位边界与DEM叠加图
图7为实施例的累积滑坡位移图；
图8为实施例典型滑坡位移与水位变化关系图
图9为实施例水位下降阶段与滑坡位移相关性。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供的一种确定滑坡形变与库区水位波动关系的方法，包括以下步骤：
本实施例选取两种高分辨率光学影像，分别是Landsat8-OLI影像和Sentinel-2影像。在计算归一化差分水体指数之前，对两种影像进行预处理。首先，用覆盖研究区的矢量边界裁剪Landsat8-OLI数据和Sentinel-2数据，减小工作量，提高处理速度；在计算归一化水体差分指数(NDWI)之前需要对两种影像预处理：Landsat8-OLI影像预处理在ENVI软件中进行，主要包括辐射定标和大气校正，Sentinel-2影像预处理在SNAP软件中进行，首先将原始Sentinel-2影像重采样为相同分辨，再用Sen2cor插件进行大气校正，对经过预处理的两种影像计算NDWI，公式为：
NDWI＝(Green-NIR)/(Green+NIR)
NDWI>0,为水体，NDWI<0为非水体，Green为绿光波段，NIR为近红外波段。
Sentinel-2数据的近红外波段用波普值相似的B8波段代替，将计算得到的归一化差分水体文件数输出为GeoTiff格式，将Landsat8-OLI数据和Sentinel-2数据得到的NDWI图像加载到ENVI软件中进行阈值分割，在ENVI工具栏里找到兴趣区域(Region ofinterest)工具，选择阈值窗口，添加要进行阈值分割的文件，弹出选择阈值参数窗口，选择阈值区间的最小值和最大值。将得到的RIO区域输出为Shpfile格式，方便其在ArcGIS中进行下一步处理。运用7.73米的DEM数据模拟山体阴影，山体阴影计算运用ArcGIS中的3D分析工具进行地形阴影建模，通过设置方位角和太阳高度，勾选模拟阴影选项，计算实施例阴影区，对得到的结果进行重分类。单元栅格中赋值为0的区域表示阴影区。将初次得到的水体边界和DEM阴影区叠加，除去阴影区误提取的水体边界。将除去阴影后的水体边界与DEM叠加，进行掩摸提取，得到库区不同时期的水位数据。再接着对得到的整个库区的水体栅格数据以2km的边界范围进行掩摸提取，得到某特定滑坡周边的水位数据，对其构建栅格属性表，得到每一个栅格像元的属性值，具体计算特定滑坡周围的平均水位。
运用SBAS-InSAR方法对研究区进行处理，得到该区域年平均形变速率，确定形变区域，计算滑坡累积位移。首先是基础数据准备，下载覆盖研究区的高精度的DEM数据，高分辨率的Sentinel-1A影像和精密轨道数据。在SARscape中对数据进行裁剪，生成干涉图，去除地形相位，大气相位和噪声相位，采用3D解缠方法进行相位解缠，轨道精炼和重去平等步骤得到实施例位移速率，将得到的时序位移结果加载到ArcGIS根据相干点目标的平均值和标准差确定稳定阈值，通过分级设色得到实施例形变速率分布图，最后圈定发生形变的滑坡，得到某一滑坡的位移时间序列。
分析水位波动条件下库区滑坡位移的变化规律：首先，根据水位变化规律确定库区水位增长阶段和下降阶段，分别计算对应时间段内滑坡的日位移速率，比较水位上升和下降时期滑坡日位移速率的大小，从而分析水位变化对滑坡位移的影响规律；接着计算水位上升时期和水位下降时期水位变化和滑坡位移的相关性，相关性系数的取值范围为(-1，+1)，当相关系数小于0时，称为负相关；大于0时，称为正相关，相关系数R越大，表明两者之间的关系越密切。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。