張建新 錢罕林 何薇 王磊 張峰

摘? 要： 由于伊犁谷地特有的地質(zhì)環(huán)境和氣象水文特征，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。無人機(jī)遙感技術(shù)具有能快速獲取高質(zhì)量、高分辨率遙感影像的特點(diǎn)，借助無人機(jī)遙感技術(shù)對新源縣阿爾善村山體滑坡進(jìn)行現(xiàn)場掃描，通過采集滑坡后的地表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取數(shù)字高程模型（DEM），同時(shí)運(yùn)用柵格空間分析技術(shù)，將平滑前的DEM與平滑后的DEM進(jìn)行柵格運(yùn)算，定量計(jì)算出滑坡土方量為25 422.79 m3。研究成果為當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、監(jiān)測預(yù)警、排查防治與指揮救援等提供客觀、詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。

關(guān)鍵詞：滑坡地質(zhì)災(zāi)害;敏感性;無人機(jī)遙感;數(shù)字高程模型（DEM）;數(shù)字正射模型（DOM）

滑坡災(zāi)害是新疆地質(zhì)災(zāi)害主要災(zāi)種之一，在新疆伊犁谷地廣泛發(fā)育。近年來，一些研究學(xué)者將遙感圖像和目視解譯相結(jié)合的方法廣泛應(yīng)用到滑坡災(zāi)害勘察中。該方法弊端是依賴判譯者的專業(yè)知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)，采用的數(shù)據(jù)多為中低分辨率的遙感影像，只能對大型滑坡進(jìn)行判釋和定性分析，而對滑坡規(guī)模及危害程度無法進(jìn)行定量分析，因此，很難達(dá)到工程建設(shè)和災(zāi)害治理的要求[1-4]。由于無人機(jī)低空攝影測量的發(fā)展，其機(jī)動(dòng)靈活、攜帶方便、分辨率高等特點(diǎn)，可獲取高精度的數(shù)字高程、數(shù)字正射模型等數(shù)據(jù)，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、信息提取、遙感解譯、應(yīng)急救援和災(zāi)情評(píng)估等方面具有巨大優(yōu)勢 [5-8]。

近年來，由于人類活動(dòng)的日益頻繁，滑坡災(zāi)害對交通、水利等工程建設(shè)帶來的危害日益加劇，對滑坡的監(jiān)測已成為許多工程項(xiàng)目開展前的必需工作。本文選取伊犁谷地新源縣阿爾善村作為研究區(qū)，通過無人機(jī)遙感監(jiān)測，獲取高精度數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對滑坡點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測與分析，研究成果為當(dāng)?shù)販p災(zāi)防災(zāi)和制定區(qū)域防災(zāi)規(guī)劃提供客觀、詳實(shí)的依據(jù)。

1? 研究區(qū)概況

新源縣阿爾善村位于T字型山溝內(nèi)，北部為山區(qū)，南部為平原農(nóng)業(yè)區(qū)，地勢陡峭，且變化巨大，居民點(diǎn)延山溝分布（圖1）。測區(qū)高差較大，海拔最高1 800 m，最低1 300 m，高差約500 m，測區(qū)面積為3 km2。

2? 數(shù)據(jù)來源

本次遙感數(shù)據(jù)的獲取使用中科院QC-1型無人機(jī)（表1），由于設(shè)計(jì)航線時(shí)考慮到地形起伏大，且成像要求0.1 m分辨率正射影像，本次采用變高航線的方式進(jìn)行航拍。

本次航拍采用“CGCS2000”坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用“1985國家高程基準(zhǔn)”。由于山體滑坡監(jiān)測需要豐富清晰的紋理信息，航拍原片的地面分辨率應(yīng)滿足1∶1000的要求，地面分辨率高于10 cm，航飛原片的地面分辨率為8 cm。

3? 滑坡監(jiān)測分析

3.1? 點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取及分類

本次無人機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)為小于5°的重疊點(diǎn)云，對其進(jìn)行過濾，僅保留高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)。利用控制數(shù)據(jù)校正已拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，測量的20個(gè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)全部用于平差，校正后點(diǎn)云與控制的中誤差均小于0.10 m [9-14]。

由于無人機(jī)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是雜亂無章的點(diǎn)，需要對點(diǎn)云進(jìn)行分類處理，從離散的點(diǎn)云中準(zhǔn)確地提取地面與地物信息，從而為地質(zhì)災(zāi)害分析提供更有效的信息。本文采用監(jiān)督分類法，以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本閾值設(shè)定訓(xùn)練方法進(jìn)行分類，通過選擇特征參數(shù)，求出特征參數(shù)作為決策規(guī)則，建立判別函數(shù)對分類影像進(jìn)行圖像分類，從而實(shí)現(xiàn)對地面點(diǎn)、非地面點(diǎn)（建筑物、植被、水域等）的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類工作，測區(qū)點(diǎn)云分類后見圖2。黃色為分類后的地面點(diǎn)，綠色為建筑物、植被等非地面點(diǎn)。

3.2? 地形數(shù)據(jù)及分析

設(shè)置地形柵格分辨率1 m，分析發(fā)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)中的缺失部分可通過插值數(shù)據(jù)填充，從而創(chuàng)建實(shí)心的地形表面。測區(qū)地形北高南低，東西兩側(cè)為高山，中間為低谷，在海拔較低的山谷中分布居民點(diǎn)，最低點(diǎn)海拔1 388.18 m，最高點(diǎn)海拔1 651.74 m，測區(qū)高差263.56 m。

參照坡地分類將測區(qū)按0°～ 5°為緩坡區(qū)，5°～ 15°為緩斜坡區(qū)，15°～ 30°為陡坡，大于30°為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生區(qū)[15]。利用Arcmap軟件將空間坡度按照以上分類進(jìn)行劃分。由于坡度變化率為坡度的二階導(dǎo)數(shù)，為無量綱值，可反映坡度的變化快慢，坡度較大且坡度變化率較大區(qū)域，初步判斷為易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害滑坡區(qū)域，在分級(jí)時(shí)，按照變化率值10°為一個(gè)區(qū)間，坡度陡且坡度變化快的地方高亮顯示（圖3）。

3.3? 空間分析

在遙感影像上矢量化出居民點(diǎn)分布區(qū)域，按照100 m的距離對居民區(qū)向外側(cè)做緩沖區(qū)。同時(shí)我們將坡度和坡度率進(jìn)行二值化處理，當(dāng)坡度大于30°，坡度變化率值大于30°，且位于居民區(qū)范圍內(nèi)100 m的區(qū)域內(nèi)為易發(fā)生地質(zhì)滑坡災(zāi)害造成影響極大的區(qū)域（圖4）。

3.4? 定量分析滑坡土方量

選取重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定量滑坡量分析。在滑坡災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)選取的重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域（圖5-a），檢測區(qū)域9 581.09 m2，利用無人機(jī)航拍獲取的數(shù)字高程模型（圖5-b），將坡度大于30°的部分進(jìn)行平滑（圖5-c），平滑后該研究區(qū)整體坡度不大于30°，運(yùn)用柵格空間分析，將平滑前的DEM與平滑后的DEM進(jìn)行柵格運(yùn)算，取差值，最高滑坡點(diǎn)為7.79 m，值越高表示滑坡風(fēng)險(xiǎn)越高，負(fù)值代表會(huì)被填平的部分，滑坡土方量為25 422.79 m3。

4? 結(jié)論

本文利用無人機(jī)采集地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)，通過獲取地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域及周邊數(shù)字高程模型，對可能發(fā)生滑坡的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，并對滑坡方量進(jìn)行了定量模擬。該方法能夠預(yù)測受災(zāi)情況，大大縮短政府決策部門了解災(zāi)區(qū)現(xiàn)場情況的時(shí)間，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急工作組迅速提出可行的應(yīng)急救災(zāi)方案提供幫助。

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