九寨溝地震滑坡地質災害識別與分析研究

摘要：高位遠程、高山峽谷區域的地質災害隱患具有高隱蔽性，常規排查手段很難滿足災區地質災害防治需要。本文采用機載LiDAR技術開展九寨溝核心景區滑坡災害排查。研究表明機載LiDAR技術對地形條件復雜和高植被覆蓋區域下的滑坡災害排查具有一定的優勢，研究結果可為今后類似地調工作提供一定的參考價值。

關鍵詞：九寨溝;地震;機載LiDAR;滑坡識別

引 言

機載LiDAR是一種主動式對地觀測系統，集成激光測距技術、計算機技術、慣性測量單元（IMU）/DGPS差分定位技術于一體，具有自動化程度高、受天氣影響小、數據生產周期短、精度高等特點^[1]。與可見光、紅外遙感技術相比，機載LiDAR技術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利用機載激光雷達對新西蘭Toupo 裂谷帶進行研究，發現了122個長度在0.25～6km不等的活動斷裂跡，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年的機載LiDAR數據，通過構建相關模型，結合地貌觀測-永久凍土模型-近地表的方法，成功監測了冰山消融引起的地表沉降。在國內，馬洪超（2008）曾對2008年“5·12特大地震”引發的都-汶公路上的滑坡施以機載LiDAR測量，研究表明該技術在滑坡災后應急響應中具有較大的應用價值。劉靜、李顯巨、劉宇平等均從不同角度和不同領域，對機載LiDAR技術在地質構造、勘察、數據處理等方面做了相關研究并取得了良好效果^[4-6]。佘金星等利用機載激光雷達技術，對九寨溝地震誘發的地質災害調查做了相關研究^[7]。

1、研究區概況

九寨溝核心景區位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮境內，北緯33°17′28.36″，東經103°52′24。2017年8月8日，九寨溝發生了里氏7.0級大地震，震源深級約12公里。本次九寨溝地震災區地勢險峻，地質災害隱患具有高位遠程、點多面廣、隱蔽性強的特點，這些區域往往是地質災害易發頻發區域。然而這些隱患點因植被覆蓋或位于人跡罕至的高位山區，使用傳統排查技術手段的調查人員難以到達實地開展核實工作。在地形重力勢能作用下，受未來可能發生的強降雨激發，該區發生較大規模泥石流、滑坡、崩塌等風險的機率將顯著增加^[8]。面對如此嚴峻的形勢，必須加大地質災害調查科技創新能力，利用新型探測技術破解這些難題^[9]。

2、LiDAR數據獲取與處理

九寨溝地形條件極其復雜，綜合分析采用大型激光機載設備和有人直升機平臺開展數據獲取，其采用的激光器測距精度優于20cm，機載GPS為雙頻接收，可同步獲取高精度航空數碼影像。航攝飛行前需要進行測區航線規劃，航線規劃設計從高效、經濟的原則出發，綜合考慮儀器設備的性能、地形、地勢、高差、攝區形狀、航高、航向重疊度、旁向重疊度和航行協調等一系列要素進行設計。數據采集前還需要進行開展飛行檢校。當數據獲取后，需要結合地面站數據和機載GPS數據后差分得到高精度Pos數據。

3、滑坡識別與分析

3.1數字地形分析技術

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，導致巖石或土壤內部的摩擦力降低，土壤或巖石喪失其穩固性下滑^[8，9]。由于激光可穿透植被直達真實地表構建高精度地形地貌，獲取的高精度地形地貌數據分辨率可達到0.5米，對于微小地貌都可以定量化表達。例如陡坎、沖溝、陡崖、松散巖石帶等均可以刻畫顯示。這些因子對于定量地貌研究具有重大價值，提取的地形參數的精度更高，反應出的滑坡敏感性更強，預警預報效果更好。基于機載LiDAR技術獲取的同步光學影像開展滑坡災害解譯，并對解譯成果整理入庫^?[7]。

通過開展數字地形分析，可以將滑坡發生及發展的主要因子進行柵格可視化，并基于專家經驗、滑坡災害數據庫和如上滑坡因子進行疊加分析，對已經發生的表層滑坡進行精細化解譯，彌補光學影像解譯滑坡時由于太陽高度角、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情信息。

3.2滑坡體識別

由于激光發射的脈沖信號可以穿透植被直達真地表，利用數據數字地形分析計算的山體陰影效果圖可以真實反應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的古滑坡體。基于機載LiDAR技術構建的高精度DEM數據，快速生成不同太陽高度角和方位角的山體陰影，輔助與地質古滑坡體的識別與判讀，實驗表明太陽高度角與方位角的參數設置對古滑坡體信息的精確提取具有較大的影響。

4、分析與討論

機載LiDAR技術由于所受氣象條件和外在干擾因素較少，在九寨溝區域，通過應用機載LiDAR調查技術，彌補了傳統光學遙感技術調查災害的不足，同時也是實地調查無法保障的情況下的一種技術補充。通過本次機載激光雷達調查技術的應用，在實際獲取到激光點云數據的區域查明了共計約10余出古滑坡體，這些古滑坡在以往地質災害調查中沒有被及時發現。但是利用機載LiDAR技術開展地質災害調查也有一定的局限。其次激光點云數據在植被茂密區域如何去除植被，也是非常艱巨的一項挑戰。如何從激光點云數據獲取有價值的參數，如何與其他地質災害調查的相關數據融合，使其發揮更大價值，這是地質工作者需要進一步思考的問題。

參考文獻

[1]張小紅.機載激光雷達測量技術理論與方法[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

[2]馬洪超.激光雷達測量技術在地學中的若干應用[J].地球科學（中國地質大學學報），2011，36（2）：347-354.

[3]殷躍平，王文沛，張楠，等. 強震區高位滑坡遠程災害特征研究——以四川茂縣新磨滑坡為例[J].中國地質，2017，44（05）：827-841.

[4]劉靜，陳濤，張培震，等.機載激光雷達掃描揭示海原斷裂帶微地貌的精細結構[J].科學通報，2013，58（1）：41-45.

[5]李顯巨.基于新型遙感數據的典型地質環境信息智能識別[D]. [出版地不詳]：中國地質大學，2016.

[6]劉宇平，梁虹，陳菲菲.高精度機載LiDAR在小江活動構造和地質災害研究中的應用[J].地質力學學報，2016，22（3）：747-758.

[7]佘金星、程多祥、劉飛等.機載激光雷達技術在地質災害調查中的應用———以四川九寨溝 7.0級地震為例[J]，中國地震，2018，34（3），33-43.

[8]許強，李為樂，董秀軍等.四川茂縣疊溪鎮新磨村滑坡特征與成因機制初步研究[J].巖石力學與工程學報，2017，36（11）：2612-2629.

基金項目：四川省測繪地理信息局科技攻關項目（J2017ZC08）;

作者簡介：劉建（1982-），男，本科，工程師，主要從事應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急保障中心）