謝謨文，胡 嫚，王立偉

(北京科技大學(xué)土木工程系，北京 100083)

0 引言

滑坡災(zāi)害作為主要的自然災(zāi)害種類，威脅著山區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全?；聻?zāi)害的預(yù)防預(yù)警研究工作也一直備受關(guān)注。近年來，為了預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害和盡量減小滑坡造成的破壞，科研工作者為揭開大型水庫滑坡形成機(jī)理及滑動(dòng)規(guī)律做了很多調(diào)查研究工作，但各種自然因素和人為因素對(duì)庫岸穩(wěn)定性錯(cuò)綜復(fù)雜的影響，使得水庫滑坡的預(yù)警工作還是以監(jiān)測(cè)為主要手段，特別是處于變形速率發(fā)展較快的滑坡，其變形監(jiān)測(cè)極其重要。

變形監(jiān)測(cè)技術(shù)可以分為兩類［1］:(1)“點(diǎn)”式監(jiān)測(cè)(GPS，伸長儀，全站儀，激光、雷達(dá)測(cè)距儀);(2)“面”式監(jiān)測(cè)(攝影測(cè)量，衛(wèi)星和地面雷達(dá)干涉測(cè)量，機(jī)載激光掃描測(cè)量和地面激光掃描測(cè)量)?？偟恼f來，點(diǎn)式監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠獲得較高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，但由于只能獲取少量已知確定點(diǎn)的信息而非整個(gè)滑坡形態(tài)故有較多局限性。此外，地面型三維激光掃描儀數(shù)據(jù)的采集不需要布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，較之傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段更能快速、準(zhǔn)確地反映滑坡的表面形態(tài)，進(jìn)而獲取地表變形值。對(duì)于處于加速變形至劇變破壞階段的滑坡，這種實(shí)時(shí)、“面”式、高精度的監(jiān)測(cè)對(duì)于滑坡災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)顯得尤為重要，其不受干擾、全天候地的特點(diǎn)，可及時(shí)準(zhǔn)確提供連續(xù)可靠的數(shù)據(jù)，進(jìn)而為滑坡災(zāi)害的預(yù)報(bào)發(fā)揮關(guān)鍵作用［2］。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，三維激光掃描儀在地形采集方面更加方便、有效。

作為一種新興的監(jiān)測(cè)技術(shù)，三維激光掃描儀被應(yīng)用在了巖石邊坡特征分析、巖體崩塌監(jiān)測(cè)的一些實(shí)例當(dāng)中。巖體邊坡表面的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可以不同時(shí)間采集的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的比較分析得出。2004年Collins B.D等在美國加利福尼亞州海岸線侵蝕狀況監(jiān)測(cè)中首次較成功地將激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)引入到巖土工程監(jiān)測(cè)［3］;2004年日本新瀉縣中越地震誘發(fā)了當(dāng)?shù)亟咏?00個(gè)較大型滑坡，三維激光掃描技術(shù)被應(yīng)用在震后災(zāi)害的評(píng)價(jià)工作中，大大提高了災(zāi)害評(píng)估的效率［4］;2006年A.Abell'an等人在之前研究工作的基礎(chǔ)上將三維激光掃描監(jiān)測(cè)運(yùn)用在西班牙某危巖體的監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示出了這種監(jiān)測(cè)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)到較高精度的巖體變形及變形速率，驗(yàn)證了激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用在巖體監(jiān)測(cè)研究中的可行性［5］。近年來，各國學(xué)者在三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)方法改進(jìn)、監(jiān)測(cè)精度的提高、監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的擴(kuò)張和監(jiān)測(cè)自動(dòng)化集成等方面不斷完善、改進(jìn)(如Chigiraet al.，2004;Corsini et al.，2006;Lollino et al.，2007a，b)［6-8］。這些研究表明了三維激光掃描儀在巖體邊坡變形監(jiān)測(cè)的可行性和方便性，且在變形監(jiān)測(cè)、變形體積量化過程中可以達(dá)到厘米級(jí)的精度。2011年，A.Abell'an等人將地面型三維激光掃描儀應(yīng)用于西班牙某巖體崩塌的監(jiān)測(cè)中，得到了毫米級(jí)程度的可靠形變值［9］。以上的研究無疑證明了三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)在巖土工程監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可行性，在某些環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)高精度監(jiān)測(cè)的可能性。但是目前大部分的三維激光掃描監(jiān)測(cè)案例都是主要針對(duì)危巖體、巖質(zhì)邊坡、巖體海岸線等，即完全不包括植被或植被很少的情況;大多數(shù)監(jiān)測(cè)環(huán)境較為理想。

2005年以來，國內(nèi)少量學(xué)者開始對(duì)三維激光掃描儀在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展開研究［10］，徐進(jìn)軍等人對(duì)激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析與實(shí)際測(cè)量，獲得了初步滿意的結(jié)果。但國內(nèi)對(duì)于三維激光掃描的監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的成果少見，且沒有形成相對(duì)成熟的數(shù)據(jù)處理分析體系，此技術(shù)在大型滑坡監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用并未得到擴(kuò)展。本文以金坪子滑坡為例，介紹了三維激光掃描儀應(yīng)用在大型滑坡監(jiān)測(cè)中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)處理的方法，以及探討了從無植被巖體的變形監(jiān)測(cè)到有較少植被的滑坡體的變形監(jiān)測(cè)的可能性，嘗試了一種新的濾波方法?；虑熬壍姆治雠c傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有較好的吻合。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的后處理借助了GIS平臺(tái)，為監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析提供了多樣性與可視性。

1 金坪子滑坡

金坪子滑坡位于金沙江烏東德梯級(jí)河段下游右岸，位于云南省祿勸縣和四川省會(huì)東縣交界的金沙江干流上(圖1)。金坪子滑坡上距烏東德水電站壩址約900 m，遙感解譯體積約為6.2×108m3，其穩(wěn)定現(xiàn)狀、變形趨勢(shì)及可能失穩(wěn)方式及規(guī)模關(guān)系到烏東德水電站梯級(jí)開發(fā)的成立及河段內(nèi)壩址的選擇，倍受各界關(guān)注［11-12］。

通過綜合查勘、地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪、鉆探與硐探、物探測(cè)試與巖土試驗(yàn)、變形監(jiān)測(cè)等綜合技術(shù)手段進(jìn)行的研究，金坪子滑坡大致可分為五個(gè)區(qū)域(圖2)。其中，以Ⅱ區(qū)變形尤為顯著，Ⅱ區(qū)上距烏東德壩址約2.5km，主要為崩、殘坡積體，目前仍處于變形過程中。從2004年10月起，金坪子滑坡監(jiān)測(cè)工作開始啟動(dòng)，在地表變形監(jiān)測(cè)中，包括水平位移監(jiān)測(cè)和垂直位移監(jiān)測(cè)，變形劇烈的Ⅱ區(qū)設(shè)有17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖1 金坪子滑坡地理位置示意圖Fig.1 Location of Jinpingzi landslide

圖2 金坪子滑坡分區(qū)Fig.2 Bird view and subareas of Jinpingzi landslide

三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)在2009年開始應(yīng)用到金坪子滑坡的監(jiān)測(cè)中。本研究采用地面型三維激光掃描儀為奧地利Riegl公司生產(chǎn)的VZ400系列(配置數(shù)碼相機(jī)Nikon D700)，分別于2009年5月30日和2010年5月14日、2011年7月1日采集金坪子滑坡地表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2 三維激光掃描儀監(jiān)測(cè)原理與方法

2.1 三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集原理

三維激光掃描儀主要包括激光測(cè)距系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和支架系統(tǒng)，同時(shí)集成數(shù)字?jǐn)z影和儀器內(nèi)部校正等系統(tǒng)。根據(jù) TOF(Time of Flight)脈沖測(cè)距原理［13-14］，其獲取掃描目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)原理為:掃描儀內(nèi)激光發(fā)射裝置每秒發(fā)射數(shù)以百萬計(jì)的激光束，這些激光脈沖作用到目標(biāo)體表面上，經(jīng)反射后由儀器內(nèi)脈沖接收裝置接收處理，獲得相應(yīng)信息。三維激光掃描系統(tǒng)通過激光脈沖反射時(shí)間、傳播速度獲得距離值S，同時(shí)記錄激光脈沖橫向掃描角度值α和縱向掃描角度值θ，從而得出各激光脈沖接觸點(diǎn)的坐標(biāo)，這是一個(gè)儀器內(nèi)部系統(tǒng)的極坐標(biāo)表示方法，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到直角坐標(biāo)方式表示的數(shù)據(jù)。距離S可根據(jù)以下公式計(jì)算:

其中:

t——時(shí)間;

Cg——激光束在介質(zhì)中的傳播速度;

Co——激光束在真空中傳播速度;

ng——介質(zhì)的激光特性參數(shù)。

X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，可得三維激光脈沖點(diǎn)P坐標(biāo)的計(jì)算公式為(圖3):

圖3 極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理Fig.3 Transformation from scanner own coordinates(polar coordinate system)to project coordinates(cartesian coordinate system)

為了盡量獲得物體完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要對(duì)物體進(jìn)行多視點(diǎn)掃描。其中，兩個(gè)影響三維點(diǎn)云空間精度最大的因素是:激光束發(fā)射密度;掃描儀與被觀測(cè)物體間距。通常，我們?cè)谟^測(cè)距離一定的情況下，通過提高激光速發(fā)射的密度以獲得高精度的三維地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)。但是，這樣的技術(shù)最嚴(yán)重的一個(gè)缺陷是由于物體遮擋激光束無法到達(dá)觀測(cè)目標(biāo)而造成的無數(shù)據(jù)區(qū)域。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，需要增加不同的掃描站點(diǎn)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行幾次掃描。同時(shí)，每個(gè)掃描站點(diǎn)每次掃描中會(huì)設(shè)置幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，為了使每個(gè)掃描站點(diǎn)掃描的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)方便拼接起來。通過這樣的方法可以得到高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)包含很多錯(cuò)點(diǎn)、雜點(diǎn)、虛點(diǎn)，往往不能直接使用，必須經(jīng)過濾波和刪減。同時(shí)，海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)(可能10GB)對(duì)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析而言是一個(gè)大挑戰(zhàn)。因此，采用合適、有效的濾波方法也相當(dāng)重要。

2.2 三維激光掃描儀RIEGL VZ－400的特征

Riegl VZ400型三維激光掃描儀系統(tǒng)由三維激光掃描儀、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、附件構(gòu)成。該三維激光掃描儀可進(jìn)行水平360°，垂直100°的快速掃描(300，000 點(diǎn)/s)，分辨率可達(dá)mm級(jí).系統(tǒng)能夠在幾分鐘內(nèi)對(duì)研究區(qū)域，樓房，橋梁，室內(nèi)等獲取三維點(diǎn)云及影像數(shù)據(jù)(表1)。

表1 Riegl VZ400參數(shù)表(來自Riegl公司)Table 1 Parameters of riegl VZ400(From Riegl)

本文實(shí)例中，三維激光掃描儀RIEGL VZ-400被應(yīng)用在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。觀測(cè)目標(biāo)的基本形狀特征通過激光掃描儀發(fā)射激光束而得到，激光光束發(fā)散角達(dá)到0.0005弧度，掃描儀掃描范圍為0°～100°(垂直方向)，0°～360°(水平方向)，激光束發(fā)射頻率為每秒約30萬點(diǎn)。VZ-400最大掃描距離為500m。100m單個(gè)點(diǎn)的精度是2mm。RiSCAN PRO的軟件安裝并應(yīng)用到傳感器的配置，數(shù)據(jù)采集，原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理和存儲(chǔ)。

2.3 三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集過程

利用地面型三維激光掃描儀對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集流程(圖4)如下:

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集流程Fig.4 Process of 3D points data acquisition

(1)準(zhǔn)備工作 包括掃描站點(diǎn)選擇，三角支架支放，掃描儀安置，數(shù)碼相機(jī)、電源、筆記本電腦、數(shù)據(jù)線等的連接。掃描站點(diǎn)的選擇原則有兩個(gè):第一，要保證從選取的掃描點(diǎn)能獲得完整的數(shù)據(jù);第二，盡量用比較少的掃描點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，以減少配準(zhǔn)的工作量。

(2)放置反射體 在掃描儀20m左右的范圍內(nèi)置放10cm直徑的反射體，反射體由高級(jí)反光材料制成。反射體置放時(shí)，盡量沿四周分布，高低錯(cuò)置，正對(duì)掃描方向，避免掃描方向與反射片正面方向間夾角過大。

(3)粗掃描 通常掃描前會(huì)進(jìn)行一次360°的粗掃描，設(shè)置掃描參數(shù)，保證有反射體可見的精度。

(4)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的精細(xì)掃描 精細(xì)掃描的目的是為了獲取目標(biāo)更為精確的幾何坐標(biāo)，掃描精度根據(jù)需要和距離而定。

(5)找出反射體的位置 反射體的坐標(biāo)信息是關(guān)鍵，應(yīng)計(jì)算其精確的三維坐標(biāo)。

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

現(xiàn)場(chǎng)采集獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過初處理，包括點(diǎn)云坐標(biāo)配準(zhǔn)、點(diǎn)云的裁剪拼接、濾波和點(diǎn)云賦色等，使之成為有組織的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，去除或降低了噪點(diǎn)、孤點(diǎn)、異常點(diǎn)和降低植被對(duì)地形測(cè)量的影響。由于滑坡范圍大，點(diǎn)云數(shù)據(jù)海量，在數(shù)據(jù)處理過程中我們將滑坡二區(qū)分為14個(gè)子區(qū)進(jìn)行處理，以解決數(shù)據(jù)量過大不能計(jì)算的問題。點(diǎn)云濾波是數(shù)據(jù)初處理中的重要部分，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果有直接的影響，研究在三維點(diǎn)云濾波中采用了2.5D濾波方法:用規(guī)則排列的網(wǎng)格(XY平面內(nèi))劃分某范圍內(nèi)的三維點(diǎn)云，每一個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)擁有若干三維點(diǎn)，用網(wǎng)格中Z坐標(biāo)值最低的一個(gè)點(diǎn)代表這一網(wǎng)格中的所有點(diǎn)。本文研究中，采用的濾波網(wǎng)格大小為0.4m×0.4m。經(jīng)過初處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在GIS平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步的后處理。利用GIS平臺(tái)的空間分析與數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢(shì)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)可得到更豐富的分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果可更直觀、明了的體現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)后處理的內(nèi)容包括:ASCII數(shù)據(jù)矢量化、插值生成DEM、DEM比較法、變形趨勢(shì)分析、土方差量分析、斷面分析等(圖5)。

圖5 GIS平臺(tái)數(shù)據(jù)后處理流程Fig.5 Process of data post-processing on GIS platform

在GIS平臺(tái)上，點(diǎn)云數(shù)據(jù)矢量化后以Polypoint Shapefile的格式參與GIS平臺(tái)上進(jìn)行的計(jì)算分析(圖6)。矢量化后的海量數(shù)據(jù)點(diǎn)，除了包含三維坐標(biāo)X、Y、Z之外，還可能含有反射強(qiáng)度信息、激光束振幅信息等，視后期數(shù)據(jù)分析需要而進(jìn)行選擇。

圖6 點(diǎn)云與矢量化后的點(diǎn)Fig.6 Point cloud and vector points

通常，可以通過多種方法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行滑坡變形分析，如數(shù)字高程模型的比較，固定點(diǎn)的比較和斷面比較。滑坡位移的量化與滑坡引起的體積量的改變，可通過DEM的比較實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大型山體滑坡，我們采用了以1m作為柵格大小的生成每期地形的DEM。由于遮擋，DEM的不能直接比較，被遮擋的區(qū)域不參加計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 DEM比較

在經(jīng)過濾波處理后，結(jié)合數(shù)據(jù)采集時(shí)的參數(shù)選擇、數(shù)據(jù)量較大的考慮，將Ⅱ區(qū)分“切分”成了若干矩形小區(qū)域(圖7)。采用濾波精度為0.4m，DEM柵格精度為1m。

圖7 Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)分區(qū)Fig.7 Data subareas ofⅡarea

以2010～2011年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的DEM比較結(jié)果為例，經(jīng)上述分析流程與方法，得到了2010年5月30日到2011年7月1日間金坪子滑坡地表變形的分布圖(圖8)。其中，淺色區(qū)域代表Z值升高;深色代表Z值降低。從圖8中可以看出，大概分別情況為:Ⅱ區(qū)前緣、后緣陡坎下部呈Z值上升趨勢(shì);物質(zhì)堆積較多較厚的中部呈Z值下降趨勢(shì)。

圖8 Ⅱ區(qū)2010－2011垂直向抬升、下降分布圖Fig.8 Deformation distribution of 2010－2011

由于深溝、距離遠(yuǎn)等因素造成某些區(qū)域原數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重的地方可能引起該處計(jì)算處理結(jié)果不可信，故將數(shù)據(jù)有可能不可信的區(qū)域去除，余下結(jié)果數(shù)據(jù)有很高的可靠性。去除不可信區(qū)域后，根據(jù)柵格計(jì)算結(jié)果，按垂直向Z值分級(jí)，共分7級(jí)(圖9)。分級(jí)節(jié)點(diǎn):-3m，-1m，-0.5m，0.5m，1m，3m。呈 Z值下降趨勢(shì)的區(qū)域，在圖9中用點(diǎn)、豎線圖例表示;變化在-0.5m～0.5m的區(qū)域沒有顏色顯示;呈Z值上升趨勢(shì)的區(qū)域，在圖9中用圓、網(wǎng)格、斜線圖例表示。

圖9 2009～2010年Ⅱ區(qū)DEM比較法處理分級(jí)結(jié)果Fig.9 Results of DEMs subtractions in 3D image system

去除不可信區(qū)域后，根據(jù)柵格計(jì)算結(jié)果，推算出從2010年5月到2011年7月，金坪子滑坡Ⅱ區(qū)的侵蝕或下降區(qū)域的方量約為66，188m3，抬升、堆積的土石方量約為 52，877 m3，二者差值 13，311m3。

3.2 固定點(diǎn)比較

本文實(shí)例中，我們選擇了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP8作為固定點(diǎn)比較方法的驗(yàn)證。以2009～2010年數(shù)據(jù)為例，在消除植被點(diǎn)以后，對(duì)以TP8為原心不同半徑區(qū)域內(nèi)點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)以觀測(cè)點(diǎn)TP8坐標(biāo)(X、Y)為圓心，分別選取3m、2m、1m為半徑區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析，得點(diǎn)的Z值平均值;比較前后兩次掃描結(jié)果處理得到的Z值平均值，即認(rèn)為是近一年來該觀測(cè)墩的垂直位移(表2)。考慮坡面坡度等因素，推測(cè)觀察墩的水平位移，與Ⅱ區(qū)觀測(cè)墩全站儀監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比(圖10)。

表2 觀測(cè)墩點(diǎn)(TP點(diǎn))激光掃描Z值結(jié)果(m)Table 2 TP08 Z value by 3D laser scanning

圖10 對(duì)固定點(diǎn)消除植被的影響Fig.10 Manual filtering in certain fixed monitoring point

采用R=1m的處理結(jié)果，得到2009年到2010年TP08的Z值降低了0.549m，根據(jù)近年來地面全站儀TP08監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)0.450相比較，相差0.099m。

3.3 斷面分析

滑坡前緣的變形時(shí)整個(gè)滑坡區(qū)域變形最大的部分，本文運(yùn)用斷面比較的方法主要分析了滑坡Ⅱ區(qū)前緣的三個(gè)斷面，采用基于DEM的分析方法，通過載入斷面線的矢量文件和掃描前后兩次的DEM，比較前后兩次做出的斷面線。通過兩次斷面線的比較，可以看出滑坡前緣的變形趨勢(shì)。

經(jīng)過處理分析及計(jì)算，如圖11可以看出，Sec1中，斷面前部為河沙堆積處，出現(xiàn)Z值上升趨勢(shì)，整個(gè)斷面看上去像是在沿著滑動(dòng)方向往前推進(jìn)，并且略像上抬升。Sec1斷面的變化位移較大，最大的地方達(dá)到了7～10m，可能由于該位置上沒有堅(jiān)硬、完整的巖石，多為破碎、易流走的石砂，容易被搬運(yùn)而造成較大的變形反應(yīng)在斷面圖上。

3.4 滑坡前緣斷面特征分析

圖12表示了滑坡前緣的仔細(xì)比較方法，本文以2010～2011年為例分析了金坪子滑坡前緣的5個(gè)斷面，通過比較同一斷面位置兩年間的剖面線，相同特征點(diǎn)的移動(dòng)可以計(jì)算出來。結(jié)果顯示金坪子滑坡前緣在2010～2011年間在水平方向上向前推動(dòng)了0.323m。與傳統(tǒng)全站儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果每年滑坡前緣以約0.3m速度向前推動(dòng)的數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)基本吻合。

4 結(jié)論

圖11 斷面位置示意圖與斷面圖(Sec1)Fig.11 The section of the front of Jinpingzi landslide(Sec1)

圖12 滑坡前緣斷面特征比較與分析Fig.12 Comparison of section in the toe of Jinpingzi landslide

本文中通過對(duì)金坪子滑坡Ⅱ區(qū)時(shí)間跨度三年的激光掃描監(jiān)測(cè)，結(jié)合初處理和GIS平臺(tái)的數(shù)據(jù)后處理，形成了一套數(shù)據(jù)處理流程，將數(shù)據(jù)分析引入到GIS平臺(tái)，得到了很好效果。通過分析比較監(jiān)測(cè)結(jié)果，我們看到三維激光監(jiān)測(cè)技術(shù)可以基本表征滑坡表面的變形情況，提供定量分析，適用于調(diào)查大中型滑坡較大變形發(fā)展趨勢(shì);對(duì)于大中型滑坡，該方法可以實(shí)現(xiàn)高效、大面積監(jiān)測(cè)。一到兩天、一到兩人的現(xiàn)場(chǎng)工作量，大大節(jié)省了人力和物力;由于滑坡面積較廣，采集過程難以嚴(yán)格的控制、環(huán)境擾動(dòng)大、植被遮擋和濾波等原因，以及在數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生誤差等，對(duì)于大型滑坡和有一些植被覆蓋的滑坡體，監(jiān)測(cè)結(jié)果無法達(dá)到毫米級(jí)(儀器本身的精度)，初步分析精度可以達(dá)到厘米級(jí)別;在危巖體、巖質(zhì)邊坡和無植被滑坡體變形監(jiān)測(cè)中效果較好的三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)，在有植被覆蓋的滑坡體監(jiān)測(cè)中有一些精度局限性。文中采用了2.5D的濾波方法，在無高精度監(jiān)測(cè)結(jié)果的要求下，是一種簡單、高效的濾波方法，適用于大型、有稀疏植被覆蓋的滑坡監(jiān)測(cè)分析。

地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，無疑有著廣闊的潛力。但具體應(yīng)用到滑坡的變形監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)尚存在許多實(shí)際問題有待解決，需要繼續(xù)研究。本文僅僅提供一種嘗試和參考。隨著三維激光儀的改進(jìn)、監(jiān)測(cè)方法的完善，新濾波方法的出現(xiàn)等，激光掃描技術(shù)將會(huì)越來越多的應(yīng)用到巖土工程監(jiān)測(cè)中，成為一種常規(guī)監(jiān)測(cè)手段。

［1］Johan Kasperski，Christophe Delacourt，Pascal Allemand etc.Application of a Terrestrial Laser Scanner(TLS)to the Study of the Séchilienne Landslide(Isère，F(xiàn)rance).Remote Sens［J］.2010(2):2785-2802.

［2］董秀軍，黃潤秋.三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，(S2).DONG Xiujun，HUANG Runqiu.Application of 3D laser scanning technology togedogic survey of high and steep slope［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006(S2).

［3］Collins B.D.Sitar N.Application of high resolution 3D laser scanning to slop stability studies［C］.39th Symposium on Engineering Geology and Geotechnical Engineering.Butte:Montana，2004.

［4］Kayen，Robert，Bays.Ground-LIDAR visualization of surface and structural deformations of the niigata-ken chuetse［J］.Earthquake Spectra，2005(22):147-162.

［5］A.Abellán，J.M.Vilaplana，J.Martínez.Application of a long-range terrestrial laser scanner to a detailed rockfall study at Vall de Núria(Eastern Pyrenees，Spain)［J］.Engineering Geology.2006，88:136-148.

［6］Chigira，M.，Duan，F(xiàn).，Yagi，H.，F(xiàn)uruya，T..Using an airborne laser scanner for the identification of shallow landslides and susceptibility assessment in an area of ignimbrite overlain by permeable pyroclastics［J］.Landslides.2004，1(3):203-209.

［7］Corsini， A.， Borgatti， L.， Caputo， G.， etal.Investigation and monitoring in support of the structural mitigation of large slow moving landslides:an example from Ca'Lita(Northern Apennines，Reggio Emilia，Italy)［J］.Nat.Hazards Earth Syst.Sci.2006(6):55-61.

［8］Lollino，G.，Pasculli，A.，Sciarra，N.，et al.An integrated methodologybased on LIDAR，GPS and photogrammetric surveys applied to large landslide in San Martino sulla Marrucina(Central Italy).In:Schaefer，V.R.， Schuster，R.L.， Turner， A.K.(Eds.)，Proceedings of First North American Landslide Conference［C］.23.AEG Special Publication，Vail Colorado，2007:356-365.

［9］A.Abell'an，J.M.Vilaplana，J.Calvet，et al.Rockfall monitoring by terrestrial laser scanning-case study of the basaltic rock face at castellfollit de la roca(Catalonia，Spain)［J］.Natural Hazards and Earth System Sciences.2011，11:829-841.

［10］徐進(jìn)軍，王海城，羅喻真，等.基于三維激光掃描的滑坡變形監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理［J］.巖土力學(xué)，2010，31(7):2188-2196.XU Jinjun，WANG Haicheng，LUO Yuzhen，et al.Deformation monitoring and data prolessing of landslide based on 3D laser scaning［J］.Rock and Soil Mechanics，2010，31(7):2188-2196.

［11］李會(huì)中，王團(tuán)樂，黃華，等.金坪子滑坡Ⅱ區(qū)地質(zhì)特征與防治對(duì)策研究［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2008，25(5):16-20.LI Huizhong， WANG Tuanle，HUANG Hua， et al.Geological charactenistics and countermeasure research on Jinpingzi landslide one［J］.Journal of Rangtee River Scientific research Institue，2008，25(5):16-20.

［12］劉祖強(qiáng)，張正祿，梅文勝，等.烏東德水電站金坪子滑坡監(jiān)測(cè)及若干關(guān)鍵技術(shù)［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2009，33(5):61-64.LIU Zuqiang，ZHANG Zhenglu，MEI Wensheng，et al.Somekey techniques of Jingpingzi Landslide monitoring at Wudongde hydropower station ［J］.Hydropower Automation and Dam Monitoring，2009，33(5):61-64.

［13］Baltsavias，E.Airborne laser scanning:basic relations and formulas.ISPRS J.photogramm ［J］.Remote Sensing.1999，54:199-214.

［14］Lichti，D.D.;Gordon，S.J.;Stewart，M.P.Groundbased laser scanners:Operation，systems and applications［J］.Geomatica，2002，56:21-33.