郭猛猛，劉海，段濤，梁迪文

(1.安徽省勘查技術(shù)院，安徽合肥 230031；2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽合肥 230091）

0 引言

安徽省是中國地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)省份之一，主要集中在皖南山區(qū)和大別山區(qū)。皖南山區(qū)地形起伏，工程地質(zhì)環(huán)境脆弱，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，雨季降雨量大且集中，極端氣象事件頻發(fā)，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大威脅。前人在地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理、地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和災(zāi)后治理等方面有較為深入的研究。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別手段主要是通過對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行工程測量方面的野外勘察，其在具體的、典型的地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別中，目前依然是重要的勘察手段。但是，傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別方法執(zhí)行性低、危險(xiǎn)性高、工作量較大，不適用于大面積研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別，因此急需要自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)測、高精確度的勘測方法。光學(xué)衛(wèi)星遙感在地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別中，具有成像覆蓋面廣和光譜波段豐富的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器語言的自動(dòng)或半自動(dòng)識(shí)別，在地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別中優(yōu)勢明顯且應(yīng)用越來越廣泛。

1 研究區(qū)概況

皖南山區(qū)位于安徽省南部，面積為2.35×10km，地貌以中低山為主，地形切割強(qiáng)烈，地下水徑流排泄條件好，水交替強(qiáng)烈；巖石類型復(fù)雜多樣，工程地質(zhì)性能各異，地質(zhì)環(huán)境脆弱；每年的4—7 月為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)期。皖南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害在空間上存在如下特點(diǎn)：①沿控制性山脈、斷層分布，具有分帶性。受九華山山脈、黃山山脈、白際山山脈影響，沿海拔大于400m 小于800m 區(qū)域具有一定的條帶性，沿?cái)嗔褞芗瘏^(qū)域滑坡呈條帶狀分布。②黃山市歙縣等地地質(zhì)災(zāi)害分布相對(duì)集中。黃山市的南部（如歙縣）和北部中低山區(qū)，地勢高低起伏變化大，高陡臨空面普遍存在，且地層多為古老破碎的千枚巖，加上人口密集、筑路、修房多切坡進(jìn)行，為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。易發(fā)區(qū)主要包括歙縣昌溪-金川、歙縣長陔-巨川、休寧五城-板橋、祁門彭龍-新安、屯黃公路湯口-瑯?biāo)沟任鍌€(gè)多發(fā)地段。特別是沿江南構(gòu)造帶、公路沿線及江河岸坡成帶分布滑坡災(zāi)害尤為突出，許多特大型滑坡多發(fā)于此區(qū)域，如陽臺(tái)滑坡、鳥雀坪滑坡等。另外，因?yàn)槭艿綌嗔褞в绊?，宣城的寧國縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育相對(duì)密集，但多為小型地質(zhì)災(zāi)害。③低海拔地區(qū)具有不均勻性。在海拔一般小于200m 河谷沖擊平原、丘陵等（如池州）地區(qū)滑坡零星分布，密度小、規(guī)模多樣，偶爾可見中型地質(zhì)災(zāi)害。

總的來說，皖南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害在空間上具有成帶分布、集中出現(xiàn)和不均勻性等特點(diǎn)，受地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及人類活動(dòng)的影響。

2 方法技術(shù)與儀器設(shè)備

2.1 技術(shù)路線

本次基于皖南山區(qū)已知典型特征地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，以無人機(jī)為載體，采用傾斜攝影空中三角測量技術(shù)，對(duì)典型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行航測，建立地質(zhì)災(zāi)害體的三維影像模型。根據(jù)三維影像特征進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害體識(shí)別，針對(duì)航測成果進(jìn)行地面地質(zhì)災(zāi)害勘測工作，對(duì)航測影像推斷解釋的已知的和潛在的地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行核查驗(yàn)證；通過航測成果與地面調(diào)查成果的對(duì)比分析，建立起地質(zhì)災(zāi)害體快速識(shí)別標(biāo)識(shí)的影像特征，總結(jié)出利用無人機(jī)攝影進(jìn)行地災(zāi)調(diào)查的流程和地質(zhì)災(zāi)害體的識(shí)別方法。

2.2 儀器設(shè)備

皖南山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的同時(shí)可能還會(huì)伴有強(qiáng)降雨、臺(tái)風(fēng)等極端天氣，因此在皖南山區(qū)進(jìn)行無人機(jī)航測時(shí)，對(duì)飛行性能、功能、易用性等方面有一定要求。

（1）要求無人機(jī)低空飛行靈活，具有一定的抗風(fēng)防雨能力，能夠穩(wěn)定懸停，且要有一定的載荷能力。

（2）無人機(jī)在手動(dòng)遙控飛行的同時(shí)必須具備自主飛行的能力，且需按照預(yù)設(shè)任務(wù)自主完成飛行任務(wù)并安全降落。

（3）為了適用于皖南山區(qū)復(fù)雜環(huán)境的地質(zhì)災(zāi)害勘測工作，盡量選擇具有操作簡單、維護(hù)便捷等特點(diǎn)的多旋翼無人機(jī)。

（4）在地形起伏不大的區(qū)域，適合選用八旋翼搭配五鏡頭的方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在地形起伏較大的區(qū)域，適合選用單鏡頭多旋翼飛機(jī)進(jìn)行立體交叉航線飛行。

3 地質(zhì)災(zāi)害影像識(shí)別

皖南山區(qū)山高坡陡，是安徽省崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)、頻發(fā)、易發(fā)地區(qū)，也是安徽省地質(zhì)災(zāi)害危害最嚴(yán)重的地區(qū)。皖南地區(qū)地形地貌非常復(fù)雜，山高谷深、坡陡，脆弱巖層廣泛分布，風(fēng)化強(qiáng)烈。本文主要對(duì)皖南山區(qū)滑坡、崩塌和泥石流典型災(zāi)害點(diǎn)影像進(jìn)行識(shí)別。

3.1 滑坡識(shí)別

皖南山區(qū)的滑坡規(guī)模較大，滑坡產(chǎn)生的影響范圍也較廣，因此相比傳統(tǒng)的人工勘察，采用無人機(jī)進(jìn)行滑坡地災(zāi)勘察更具優(yōu)勢。

3.1.1 周邊植被分布和地形地貌差異

滑坡使原本的地形地貌發(fā)生明顯的變化，與周邊形成明顯的差異，其中主要包括植被差異、地形差異等。

3.1.1.1 植被差異識(shí)別

滑坡發(fā)生處，出現(xiàn)大面積的植被缺失，與周圍植被形成強(qiáng)烈反差（圖1），且植被缺失部分多數(shù)以松散土質(zhì)或砂石為主，表明此處出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 滑坡災(zāi)害植被差異識(shí)別Figure 1.Identification of a landslide from difference in vege?tation

3.1.1.2 地形地貌識(shí)別

皖南山區(qū)發(fā)生滑坡的規(guī)模相對(duì)較大，若某處地形地貌出現(xiàn)強(qiáng)大反差，可以先作為目標(biāo)體，再采用其他依據(jù)來確定該處是否存在大面積滑坡。

3.1.2 裂縫

裂縫是在滑坡發(fā)生前、中、后期均伴隨的一種現(xiàn)象，裂縫的大?。ㄩL、寬和深度）在滑坡的不同時(shí)期表現(xiàn)不一。裂縫的存在位置也不固定，多數(shù)存在于滑坡的后緣及中部。此外，在滑坡發(fā)生地若有居民房屋，房屋出現(xiàn)裂縫的可能性也會(huì)增加。裂縫是發(fā)生災(zāi)害的標(biāo)識(shí)，在無人機(jī)影像上也有明顯的反映，因此可以作為無人機(jī)對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別標(biāo)識(shí)之一。

3.1.3 “馬刀樹”和“醉漢林”

“馬刀樹”與“醉漢林”在無人機(jī)影像識(shí)別上比較容易，且是滑坡發(fā)生后出現(xiàn)的明顯特征之一，是滑坡災(zāi)害的無人機(jī)影像識(shí)別標(biāo)識(shí)之一。

3.1.4 滑坡舌

皖南山區(qū)滑坡發(fā)生的規(guī)模相對(duì)較大，無人機(jī)影像可以提供滑坡舌的典型識(shí)別標(biāo)志（圖2），然后再根據(jù)其他滑坡特征對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判斷。

圖2 皖南山區(qū)滑坡舌識(shí)別Figure 2.Landslide tongue identification in the southern mountainous area of Anhui Province

3.1.5 雙溝同源

雙溝同源是指滑坡體兩側(cè)有溝谷發(fā)育，并且有兩個(gè)溝谷的源頭起源于同一位置。皖南山區(qū)滑坡發(fā)生的規(guī)模相對(duì)較大，出現(xiàn)雙溝同源現(xiàn)象幾率比較高（圖3），把雙溝同源作為滑坡識(shí)別標(biāo)識(shí)，利用無人機(jī)的俯視視角，為雙溝同源特征的識(shí)別查找提供了良好的基礎(chǔ)，也為地質(zhì)災(zāi)害的特征識(shí)別提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，增加滑坡災(zāi)害點(diǎn)識(shí)別的準(zhǔn)確度。

圖3 皖南山區(qū)滑坡雙溝同源識(shí)別Figure 3.Identification of a landslide from two gullies start?ing from a same source in the southern mountainous area of Anhui Province

3.2 崩塌識(shí)別

3.2.1 巖體裂隙

巖體發(fā)生裂隙是由于地面各類型塌陷引起的。在地表水或地下水的沖刷、浸蝕作用下，裂隙中的物質(zhì)被水帶走，裂隙向上開啟、貫通形成隱伏裂隙。由于無人機(jī)具有全角度無盲區(qū)的勘查特點(diǎn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)巖體裂隙有著很大的優(yōu)勢（圖4）。巖體發(fā)生裂隙也預(yù)示著具有崩塌危害，因此把巖體裂隙作為崩塌地質(zhì)災(zāi)害的無人機(jī)影像識(shí)別標(biāo)識(shí)具有較大的意義。

圖4 皖南山區(qū)崩塌裂隙識(shí)別Figure 4.Identification of collapse fractures in the southern mountainous area of Anhui Province

3.2.2 臨空空間

臨空空間一般形成于巖體較陡處，由于裂縫發(fā)育，下方巖體受到外界因素或坡角支撐力不足而發(fā)生崩塌，但上方巖體未發(fā)生崩塌，從而形成一種宏觀的臨空空間。坡體存在臨空空間說明此處曾發(fā)生過崩塌，今后還可能再次發(fā)生，是不穩(wěn)定因素的一種表現(xiàn)。根據(jù)皖南山區(qū)地貌特點(diǎn)，出現(xiàn)臨空空間現(xiàn)象比較多，并不是所有出現(xiàn)臨空空間現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生崩塌，因此不能把臨空空間單獨(dú)列出來判斷是否發(fā)生崩塌。但臨空空間的出現(xiàn)，依舊預(yù)示著此處存在安全隱患，需要結(jié)合崩塌發(fā)生的其他條件加以判斷。臨空空間的發(fā)現(xiàn)，依舊可為皖南山區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別（圖5）提供良好的依據(jù)。因此，可把臨空空間作為無人機(jī)影像對(duì)皖南山區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別標(biāo)識(shí)之一。

圖5 皖南山區(qū)崩塌臨空空間識(shí)別Figure 5.Identification of a collapse from a free space in the southern mountainous area of Anhui Province

3.2.3 倒石堆

倒石堆是崩落下來的大量石塊、碎屑物或土體堆積在陡崖的坡腳或較開闊的山麓地帶所形成的。在皖南山區(qū)崩塌發(fā)生后倒石堆形成及可見度比較高，采用無人機(jī)影像技術(shù)對(duì)崩塌物倒石堆進(jìn)行分析識(shí)別，可以達(dá)到快速準(zhǔn)確效果。經(jīng)過對(duì)幾處影像模型的分析識(shí)別，可以從崩塌災(zāi)害體堆積物所形成的倒石堆現(xiàn)象（圖6），判斷此處發(fā)生過崩塌地質(zhì)災(zāi)害，因此可把倒石堆作為無人機(jī)影像識(shí)別崩塌地質(zhì)災(zāi)害的標(biāo)識(shí)之一。

圖6 皖南山區(qū)崩塌倒石堆三個(gè)階段影像識(shí)別Figure 6.Image recognition of three stages of a rock ava?lanche in the southern mountainous area of Anhui Province

3.3 泥石流識(shí)別

泥石流影像解譯主要通過對(duì)引起或誘發(fā)泥石流發(fā)生的環(huán)境地質(zhì)背景條件（山坡坡度，巖石破碎狀況，松散物質(zhì)情況，植被覆蓋情況，人類活動(dòng)痕跡和滑坡崩塌地質(zhì)現(xiàn)象等）的解譯和綜合分析，從泥石流的總體形態(tài)及色調(diào)識(shí)別著手，確定泥石流溝，并圈定泥石流發(fā)生的位置、形態(tài)和分布范圍。

3.3.1 泥石流堆積形態(tài)

堆積區(qū)形態(tài)常呈扇形，位于溝谷出口處。扇形大小不一，輪廓比較清晰。堆積區(qū)基本無植被，老堆積區(qū)為耕地，沿溝道兩側(cè)植被較少，坡面中上部植被發(fā)育，堆積區(qū)分布有河流及道路，在無人機(jī)影像上容易辨別，松散堆積物影像特征明顯（圖7），成為無人機(jī)影像對(duì)泥石流災(zāi)害的主要識(shí)別標(biāo)志。

圖7 皖南山區(qū)泥石流堆積形態(tài)識(shí)別Figure 7.Recognition of debris flow accumulation pattern in the southern mountainous area of Anhui Province

3.3.2 溝谷不良地質(zhì)現(xiàn)象的影像色調(diào)及形態(tài)

坡面泥石流總體影像特征表現(xiàn)為：溝內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象顏色上表現(xiàn)為淺棕色、灰白色，與周圍顏色影紋特征有明顯區(qū)別。如同一塊補(bǔ)斑，表面凸凹不平，順山坡線性影像縱向，部分呈樹枝狀排列（圖8）。

圖8 皖南山區(qū)泥石流溝谷不良地質(zhì)現(xiàn)象顏色識(shí)別Figure 8.Color recognition of adverse geological phenomena in a debris flow gully in the southern mountainous area of Anhui Province

4 結(jié)論

（1）無人機(jī)傾斜攝影建模技術(shù)具有直觀、立體、細(xì)節(jié)保留等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)常規(guī)手段難以勘測的地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行直觀性、多角度表征，量化災(zāi)害體長度、寬度、體積等參數(shù)特征的描述。

（2）通過采用無人機(jī)傾斜攝影實(shí)景建模技術(shù)，對(duì)皖南山區(qū)典型災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行攝影測量，建立地質(zhì)災(zāi)害體的三維影像模型。通過三維影像模型和野外調(diào)查，識(shí)別出滑坡的植被分布、地形地貌差異、裂縫、“馬刀樹和醉漢林”、滑坡舌和雙溝同源等多個(gè)特征，崩塌的巖體裂隙、臨空空間和倒石堆的3 個(gè)特征以及泥石流的堆積形態(tài)和溝谷不良的兩個(gè)特征?？偨Y(jié)歸納了皖南山區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害無人機(jī)影像識(shí)別標(biāo)志，為皖南山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害精準(zhǔn)識(shí)別和快速勘查、救援等工作提供了數(shù)據(jù)支持，為地質(zhì)災(zāi)害防治工作和規(guī)劃提供了參考依據(jù)。