基于PIE-Engine的福建台海断层信息增强应用

小编导语：台湾海峡地区是环太平洋甚至全球现代构造活动最剧烈的地区之一，由于太平洋板块的俯冲、特提斯构造带的闭合以及印度洋板块的影响使其构造活动成为全世界地学界的研究焦点。福建东南沿海地区位于台湾碰撞带的内侧，其主要现代地壳运动为北东-南西向扩展，古构造的残留、太平洋板块和印度洋板块的运动均影响到这一地区的现代构造运动。这对沿海地区的经济建设有一定的影响，因此研究台湾海峡第四纪以来的构造活动具有重大现实意义。

关于台湾海峡活动断裂的研究主要是采用传统的野外地质调查方法，并且研究时间距今久远。由于活动断裂的位置会随时间进行变化，而活动构造又与地震密切相关，原有的活动断裂分布情况亟需更新，进一步掌握活动断裂的最新信息和时空变化规律，这对于当地的基础设施建设和人民生命财产安全至关重要。随着卫星遥感技术的发展，利用最新的遥感技术可以实现高效率、低成本的活动断裂调查与监测。航天宏图基于自主知识产权的PIE-Engine遥感云服务平台，配合PIE-Basic与PIE-Ortho产品，可以从技术层面增强断层信息。通过云服务器的运算，可减少成图时间和硬件成本，提高工作效率。

PIE-Engine在地质信息提取中的优势
数据资源丰富
PIE-Engine遥感云服务平台目前已经接入80余种类数据产品，公共数据集包含PB级的免费卫星遥感影像、专题数据产品以及地理要素数据，覆盖全国乃至全球范围，并且以每天10-15T的体量进行持续更新和扩展。并且数据产品经过辐射校正、大气校正、几何校正等预处理，可以直接导入代码中进行分析研究及行业应用。
超强算力
PIE-Engine 遥感云服务平台目前已集成算法280余个，完成PIE-Ortho、PIE-Basic、PIE-Hyp、PIE-SAR、PIE-SIAS、PIE-AI等产品算法上云，配合 SaaS 化服务先进理念，为用户提供更加快捷稳定的变化监测服务。依托自主可控平台和核心技术基础，面向各级政府管理需求，提供系统开发和数据应用等各类定制化服务助力变化监测。

基于PIE-Engine的断层信息增强操作目的及流程
各类地形因子可以从不同的侧面对地貌形态特征加以描述，利用DEM数据提取的地形地貌因子，是许多地貌提取、土地利用等评价分析算法的基础。常用的地形地貌因子可以分为微观地形因子和宏观地形因子两大类，微观地形因子表现了点特性，如坡度、坡向等，宏观地形因子表现了一定面积区域的统计特性，如地形粗糙度、平均高度、平均坡度等。基于PIE-Engine 遥感云服务平台可以实现对DEM数据的计算，表达不同地形因子。
具体流程如下：
（1）示例区域圈定
（2）区域影像加载
（3）影像断层信息增强处理
（4）断层提取实例展示
（5）相关图例设置

核心代码展示及简介
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8.//影像断层信息增强处理
9. //山体阴影提取
10.var imageShade = pie.Terrain.hillShade(image,45,315,8);
11.var image_out = pie.Image(255).subtract(imageShade).abs();
12.Map.addLayer(image_out, {color:"ffff00ff", fillColor:"00000000"}, "山体阴影");
13. //坡度提取
14.var imageSlope = pie.Terrain.slope(image).multiply(180/3.1415926);
15.Map.addLayer(imageSlope,{color:"ffff00ff", fillColor:"00000000"}, "坡度");
16. //粗糙度计算提取 M=(ACAB)/(ACAC)=1/cos a
17.var num1=pie.Image(1);
18.var imagecuc
19.var visParam = {min: -150,
20. max: 150,
21. opacity:3,
22. palette: 'FF0000,00FF00,FFFF00' };
23.Map.addLayer(imagecucaodu,visParam,"粗糙度");
24.//坡向提取
25.Map.setCenter(116, 24,4);
26.var visParam = {min: 0,
27. max: 360,
28. opacity:60,
29. palette: 'FF0000,00FFFF,00FF00,FF00FF,0000FF,FFFF00,000FFF'};
30.var imageAspect = pie.Terrain.aspect(image);
31.var image_out2 = pie.Image(255).subtract(imageAspect).abs();
32.Map.addLayer(image_out2, visParam,"坡向")

案例中主要涉及到的算子
pie.Image("xxx")：加载自己上传的影像数据或者系统内置的影像
ChartArray：绘制图表
pie.Terrain.slope：通过地形数字高程模型计算以弧度为单位的坡度
pie.Terrain.hillShade：通过数字高程模型计算山体阴影
pie.Terrain.aspect：通过地形数字高程模型计算以度为单位的坡向

运行结果及图例的设置




图Ⅰ福建省山体阴影、坡度、粗糙度及坡向成图
为方便识别其中信息，需设立相关图例，具体代码如下：
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40.// 相关图例设置
41.var column_options
42. //调用绘制方法
43.ChartArray(column_options);
44.var data = {title: "坡向",
45. colors: ['#FF0000','#00FFFF','#00FF00','#FF00FF','#0000FF','#FFFF00'],
46. labels: ["60°", "300°"],
47. step: 1};
48.var style = {
49. top: "55%",
50. left: "30%",
51. width: "300px",
52. height: "70px“
53.};
54.var legend = ui.Legend(data, style);
55.Map.addUI(legend);
56.var data1 = {title: "坡度",
57. colors: ['#000000','#FFFFFF'],
58. labels: ["0°", "90°"],
59. step: 2};
60.var style1 = {
61. top: "25%",
62. left: "30%",
63. width: "300px",
64. height: "70px“
65.};
66.var legend1 = ui.Legend(data1, style1);
67.Map.addUI(legend1);
68.

图Ⅱ福建省山体阴影、坡度、粗糙度及坡向成图

解译标志确立及相关分析
断裂活动构造常以中小尺度的断层陡坎、断层凹陷表现，因此利用平面分辨率和高程分辨率都达到要求DEM数据进行活动构造研究，能够很好的突显构造单元的作用。相比传统的航空摄影测量，高分辨率卫星遥感影像具有成本低、获取容易、覆盖范围广等许多优点，而在DEM的快速测量中优势更为明显。
进行山体阴影处理后，地表植被的影响被去除，可以明显观察到地层错动（黑色或白色白块位移）的极有可能存在断层。坡向发生突变（呈现两颜色间夹杂另一种颜色的突变）的情况，也极有可能是断层存在的位点。


图Ⅲ 福建省山体阴影及坡向断层解译标志
将解译的结果和地质图对比可发现，相较于传统地质填图手法，基于PIE-Engine环境下的断层解译增强，在保证大断裂准确的基础上还能够提取更为细致的小型断层分布，当然这需要进一步的野外验证。

图Ⅳ 福建省断层分布地质图与PIE解译效果对比

案例的实际应用
断层信息提取处理地质背景整理意义上的作用之外，还可以通过改变底图，观察其是否与主要道路或建筑设施相交，为道路形变维修改建提供建议，以下为部分地区与断层相交的道路分布展示：


图Ⅴ 与断层相交道路分布示意