无人机技术在四川植被发育山区地质灾害调查中的应用.docx

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无人机技术在四川植被发育山区地质灾害调查中的应用

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摘要:四川植被发育山区地质灾害具有高位、高隐蔽性的特点,传统地质灾害排查手段在有效解决隐患的早期识别方面存在一定困难。采用无人机载雷达不仅可获取地面反射的三维激光点云,同时能够提供高分辨率、高精度的地形地貌二维影像。雷达的多次回波技术可“穿透”地面植被,通过滤波算法能够有效去除地表植被的影响,获取真地面高程数据信息,从而可获取相关区域精细准确的地面特征和坡体变形迹象及灾害体形态特征。本文将无人机载雷达技术在四川植被发育山区进行应用实践,研究成果表明,无人机载雷达技术可提高茂密植被山区地质灾害隐患的早期识别能力,对进一步提高综合防灾减灾能力作用显著。

关键词植被;山区;机载雷达;地质灾害调查

0引言

我国地质灾害点多面广,尽管现在调查工作已经发现了众多灾害点,但仍存在大量灾害隐患点尚未被发现。如云贵川西南地区地区,山体多植被茂密、地形起伏较大,传统的地质调查手段难以准确地获取灾害的相关信息,难以满足目前灾害防治的要求,亟需一种新的手段解决此类植被茂密山区的地灾调查问题。

机载雷达技术拥有独特和实用植被去除功能,形成裸露地面的数字高程模型,直达地表“损伤”,可较好地解决植被茂密山区地灾调查的“痛点”。这种遥感技术发端于30多年前,而在20世纪80年代机载雷达技术才得到了迅速发展,20世纪90年代激光测高仪被安置于飞机平台上,构成机载雷达测量系统。在地质学领域,激光点云过滤植被后生成的数字高程模型极具价值,因为各类地质灾害活动均会留下踪迹,这些迹象尽管会被茂密的植被覆盖,但能够通过激光雷达技术加以识别提取。

1工程背景

我国地区地形条件复杂,在暴雨极端天气条件下易发生地质灾害。四川省绵阳市平武县鹰咀山地形高陡,山脉大致走向为从北至南,海拔在2000~3500m之间。鹰咀山山体植被覆盖十分发育,并且坡表坡积物覆盖层较不稳定,在暴雨极端天气情况下,较易发生地质灾害。常规的灾害调查手段仅能对已发生的地质灾害,或者是人力容易到达的人工开挖边坡进行摸查,未能对鹰咀山地质山体上部灾害高易发区进行高精度的隐蔽性地质灾害摸查。隐蔽性地质灾害难以主动防范,具有突发、规模较大、成灾机理复杂等特点,监测预警的难度较大。传统排查手段由于地表植被等多因素的阻隔影响,岩石裂隙发育情况难以准确获取,山体形变迹象尤其是高海拔位置发育的形变迹象无法寻找。为此,对于新技术、新方法即具有植被穿透力的机载雷达技术的利用存在重大应用价值,以加强区域的地质灾害隐患防治能力建设。

2无人机载雷达技术的解译方法

基于鹰咀山植被发育特点,传统地质灾害调查方法较难满足对植被茂密的区域全面覆盖,本文研究工作主要针对鹰咀山植被茂密的区域,利用测量数据,生成数字地表模型及地面数字高程模型。由于该技术对植被具有一定的穿透能力,建立的地表模型及地面数字高程模型可清晰地看到地面和植被的区分,获取的三维数据可快速构建真实三维地形,在室内即可解译活动断层的几何展布特征及准确地识别出高植被覆盖率的山体微地貌和微变形的迹象,为植被茂密的山体变形发展趋势提供依据。

对无人机载雷达获取的原始点云进行航带拼接、点云去噪等一系列处理,然后进行点云分类,可获取地面点云和植被点云。利用地面点云在ArcGIS中处理获得了试验区高分辨率数字高程模型和山体阴影图。在Skyline软件中利用生成的数字高程模型制作出三维地形,并叠加已下载获得的高清卫星影像和山体阴影创建三维地质沙盘,并利用Locaspace和Skyline建立三维解译环境,在此三维解译环境中开展相关地质问题的解译工作。

3测试成果应用

本次鹰咀山地质灾害调查,需要充分利用两种技术优势与有效手段,进行灾害的精确定位与信息获取。本次地质灾害解译首先考虑地层岩性、地质构造区域地质条件的解译。由于鹰咀山地区山体植被茂密,地表裸露基岩较少,地层岩性解译主要参考区域地质资料并结合岩性特征进行了修正,针对地质构造解译,通过利用无人机载雷达技术获取的构造影像信息进行准确识别。

传统的光学遥感和地面的构造调查很难准确获取该区地质构造信息,主要原因仍为植被过于茂密,利用机载雷达技术激光多回波的技术优势,可准确获取林下地表信息,构建三维地形,从而准确获取潜在的断裂构造特征。本次鹰咀山研究区断裂构造形态判译特征主要包括:

①明显的断裂破碎带。其特点为多呈负地形具粗糙感,具有一定宽度,多是由于风化剥蚀的物理作用,这种现象在高分辨率数字高程模型的可视化处理后可清晰可见。

②存在延续地形突然错开或尖灭,这是岩层等地质体不完整被切断或错开的现象。

③存在同一方面连续出现的串珠状水系;山脊线沿着同一方向平面错动等线状现象;这是由于断裂构造的延续性所

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