九寨溝地震滑坡地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別與分析研究

摘要：高位遠(yuǎn)程、高山峽谷區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害隱患具有高隱蔽性，常規(guī)排查手段很難滿足災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治需要。本文采用機(jī)載LiDAR技術(shù)開展九寨溝核心景區(qū)滑坡災(zāi)害排查。研究表明機(jī)載LiDAR技術(shù)對(duì)地形條件復(fù)雜和高植被覆蓋區(qū)域下的滑坡災(zāi)害排查具有一定的優(yōu)勢，研究結(jié)果可為今后類似地調(diào)工作提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：九寨溝;地震;機(jī)載LiDAR;滑坡識(shí)別

引 言

機(jī)載LiDAR是一種主動(dòng)式對(duì)地觀測系統(tǒng)，集成激光測距技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、慣性測量單元（IMU）/DGPS差分定位技術(shù)于一體，具有自動(dòng)化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、精度高等特點(diǎn)^[1]。與可見光、紅外遙感技術(shù)相比，機(jī)載LiDAR技術(shù)具有全天候晝夜工作能力，能穿透云層，不易受氣象條件和日照水平的影響;能穿透植被，具有探測地表下目標(biāo)的能力;獲取的微波圖象有明顯的立體感，能提供可見光照相和紅外遙感以外的信息。國際上Begg and Mouslopoulou利用機(jī)載激光雷達(dá)對(duì)新西蘭Toupo 裂谷帶進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了122個(gè)長度在0.25～6km不等的活動(dòng)斷裂跡，這些斷裂穿越年齡較小的地層，形成了0.05～7m寬度不等的地塹^[2]。C. Klug?el at.（2017）獲取了奧地利“Rofenberg”山脊冰川2001 -2011年的機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建相關(guān)模型，結(jié)合地貌觀測-永久凍土模型-近地表的方法，成功監(jiān)測了冰山消融引起的地表沉降。在國內(nèi)，馬洪超（2008）曾對(duì)2008年“5·12特大地震”引發(fā)的都-汶公路上的滑坡施以機(jī)載LiDAR測量，研究表明該技術(shù)在滑坡災(zāi)后應(yīng)急響應(yīng)中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。劉靜、李顯巨、劉宇平等均從不同角度和不同領(lǐng)域，對(duì)機(jī)載LiDAR技術(shù)在地質(zhì)構(gòu)造、勘察、數(shù)據(jù)處理等方面做了相關(guān)研究并取得了良好效果^[4-6]。佘金星等利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，對(duì)九寨溝地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查做了相關(guān)研究^[7]。

1、研究區(qū)概況

九寨溝核心景區(qū)位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮(zhèn)境內(nèi)，北緯33°17′28.36″，東經(jīng)103°52′24。2017年8月8日，九寨溝發(fā)生了里氏7.0級(jí)大地震，震源深級(jí)約12公里。本次九寨溝地震災(zāi)區(qū)地勢險(xiǎn)峻，地質(zhì)災(zāi)害隱患具有高位遠(yuǎn)程、點(diǎn)多面廣、隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，這些區(qū)域往往是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)頻發(fā)區(qū)域。然而這些隱患點(diǎn)因植被覆蓋或位于人跡罕至的高位山區(qū)，使用傳統(tǒng)排查技術(shù)手段的調(diào)查人員難以到達(dá)實(shí)地開展核實(shí)工作。在地形重力勢能作用下，受未來可能發(fā)生的強(qiáng)降雨激發(fā)，該區(qū)發(fā)生較大規(guī)模泥石流、滑坡、崩塌等風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)率將顯著增加^[8]。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢，必須加大地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查科技創(chuàng)新能力，利用新型探測技術(shù)破解這些難題^[9]。

2、LiDAR數(shù)據(jù)獲取與處理

九寨溝地形條件極其復(fù)雜，綜合分析采用大型激光機(jī)載設(shè)備和有人直升機(jī)平臺(tái)開展數(shù)據(jù)獲取，其采用的激光器測距精度優(yōu)于20cm，機(jī)載GPS為雙頻接收，可同步獲取高精度航空數(shù)碼影像。航攝飛行前需要進(jìn)行測區(qū)航線規(guī)劃，航線規(guī)劃設(shè)計(jì)從高效、經(jīng)濟(jì)的原則出發(fā)，綜合考慮儀器設(shè)備的性能、地形、地勢、高差、攝區(qū)形狀、航高、航向重疊度、旁向重疊度和航行協(xié)調(diào)等一系列要素進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集前還需要進(jìn)行開展飛行檢校。當(dāng)數(shù)據(jù)獲取后，需要結(jié)合地面站數(shù)據(jù)和機(jī)載GPS數(shù)據(jù)后差分得到高精度Pos數(shù)據(jù)。

3、滑坡識(shí)別與分析

3.1數(shù)字地形分析技術(shù)

滑坡最主要的原因是山坡上的巖石或土壤吸收了大量的水，導(dǎo)致巖石或土壤內(nèi)部的摩擦力降低，土壤或巖石喪失其穩(wěn)固性下滑^[8，9]。由于激光可穿透植被直達(dá)真實(shí)地表構(gòu)建高精度地形地貌，獲取的高精度地形地貌數(shù)據(jù)分辨率可達(dá)到0.5米，對(duì)于微小地貌都可以定量化表達(dá)。例如陡坎、沖溝、陡崖、松散巖石帶等均可以刻畫顯示。這些因子對(duì)于定量地貌研究具有重大價(jià)值，提取的地形參數(shù)的精度更高，反應(yīng)出的滑坡敏感性更強(qiáng)，預(yù)警預(yù)報(bào)效果更好。基于機(jī)載LiDAR技術(shù)獲取的同步光學(xué)影像開展滑坡災(zāi)害解譯，并對(duì)解譯成果整理入庫^?[7]。

通過開展數(shù)字地形分析，可以將滑坡發(fā)生及發(fā)展的主要因子進(jìn)行柵格可視化，并基于專家經(jīng)驗(yàn)、滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)庫和如上滑坡因子進(jìn)行疊加分析，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的表層滑坡進(jìn)行精細(xì)化解譯，彌補(bǔ)光學(xué)影像解譯滑坡時(shí)由于太陽高度角、色差、畸變、云層遮擋、植被覆蓋等制約因素，使其從不同角度，更加多源多角度提取滑坡災(zāi)情信息。

3.2滑坡體識(shí)別

由于激光發(fā)射的脈沖信號(hào)可以穿透植被直達(dá)真地表，利用數(shù)據(jù)數(shù)字地形分析計(jì)算的山體陰影效果圖可以真實(shí)反應(yīng)植被地下山體的震裂情況和損傷情況。通過快速解譯可以查明九寨溝內(nèi)的古滑坡體。基于機(jī)載LiDAR技術(shù)構(gòu)建的高精度DEM數(shù)據(jù)，快速生成不同太陽高度角和方位角的山體陰影，輔助與地質(zhì)古滑坡體的識(shí)別與判讀，實(shí)驗(yàn)表明太陽高度角與方位角的參數(shù)設(shè)置對(duì)古滑坡體信息的精確提取具有較大的影響。

4、分析與討論

機(jī)載LiDAR技術(shù)由于所受氣象條件和外在干擾因素較少，在九寨溝區(qū)域，通過應(yīng)用機(jī)載LiDAR調(diào)查技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)調(diào)查災(zāi)害的不足，同時(shí)也是實(shí)地調(diào)查無法保障的情況下的一種技術(shù)補(bǔ)充。通過本次機(jī)載激光雷達(dá)調(diào)查技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)際獲取到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的區(qū)域查明了共計(jì)約10余出古滑坡體，這些古滑坡在以往地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但是利用機(jī)載LiDAR技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查也有一定的局限。其次激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在植被茂密區(qū)域如何去除植被，也是非常艱巨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。如何從激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取有價(jià)值的參數(shù)，如何與其他地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)融合，使其發(fā)揮更大價(jià)值，這是地質(zhì)工作者需要進(jìn)一步思考的問題。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：四川省測繪地理信息局科技攻關(guān)項(xiàng)目（J2017ZC08）;

作者簡介：劉建（1982-），男，本科，工程師，主要從事應(yīng)急測繪地理信息管理等工作。

（作者單位：四川省測繪地理信息局測繪應(yīng)急保障中心）