黃偉業(yè)

廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險技術(shù)中心 廣東 廣州 510000

1 引言

地質(zhì)災(zāi)害防治工程是對自然或人為作用產(chǎn)生的有害地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行防范與治理[1]。地質(zhì)災(zāi)害的成因是復(fù)雜多樣的，應(yīng)該注意到人類活動，特別是工程活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)遠(yuǎn)比自然作用形成的要多[2]。因此，充分運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，靈活運(yùn)用到地質(zhì)災(zāi)害防治與風(fēng)險調(diào)查評價的工作中，具有極其深遠(yuǎn)的意義。本文旨在通過自身及時總結(jié)經(jīng)驗、深入研究，進(jìn)一步發(fā)揮新技術(shù)新方法的有效作用，充分拓展開展地質(zhì)災(zāi)害防治工作的新思路。

2 從化區(qū)地質(zhì)災(zāi)害基本情況

廣州市從化區(qū)位于廣東省中部、廣州市東北部，珠江三角洲到粵北山區(qū)的過渡帶，地勢自北向南傾斜，東北高，西南低，呈階梯狀。整體地形起伏較大，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜。最高點為良口鎮(zhèn)東南端天堂頂，海拔1210m，是從化與龍門縣的分界山；最低點在太平鎮(zhèn)太平村，海拔16.2m。從化區(qū)地處低緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫為21.2℃，年降水量2176.3mm，年日照時數(shù)1175小時。

截止到2021年12月，廣州市從化區(qū)在冊地質(zhì)災(zāi)害隱患點總數(shù)為122個，其中崩塌99處，占總災(zāi)害數(shù)的81.15%；滑坡23處，占總災(zāi)害數(shù)的18.85%。其中威脅100人以上的地質(zhì)災(zāi)害隱患點4個，其余為中小型點，威脅總?cè)藬?shù)3374人，威脅財產(chǎn)13659.5萬元。

3 主要采用的新技術(shù)新方法

本次調(diào)查擬采用的新技術(shù)新方法主要為無人機(jī)航拍（正射）、三維傾斜攝影、激光雷達(dá)測量等。這些新技術(shù)新方法的運(yùn)用能很好的輔助地面調(diào)查工作，并能有效的識別高位遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害，對現(xiàn)場調(diào)查困難地段也能進(jìn)行了有效的補(bǔ)充，從而使得本次調(diào)查工作更全面、更精確、更有效。

從化區(qū)屬丘陵山區(qū)，面積約占全區(qū)總面積的80%，植被覆蓋率高，部分地段調(diào)查人員難于到達(dá)，傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查難免有疏漏。從化區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模小、變形特征不明顯等特征，傳統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查不能很好的識別地質(zhì)災(zāi)害隱患地段。因此在本次風(fēng)險調(diào)查工作中，對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方法進(jìn)行了創(chuàng)新型探索，在傳統(tǒng)地質(zhì)地面調(diào)查的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新引入了遙感解譯、無人機(jī)航拍、三維傾斜攝影、激光雷達(dá)等的新技術(shù)新手段，構(gòu)建了全面、科學(xué)、高效的地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識別技術(shù)方法體系，提供真實有效便捷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，查明地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)地質(zhì)條件，以便進(jìn)一步開展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃、管控等工作。

（一）無人機(jī)航拍

無人機(jī)調(diào)查主要內(nèi)容包括區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)（核）查、斜坡地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害體調(diào)查以及承災(zāi)體調(diào)查。

1、區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)（核）查，主要調(diào)查區(qū)域地貌類型、地質(zhì)構(gòu)造、巖（土）體類型、水文地質(zhì)現(xiàn)象、地表覆蓋、現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點以及新發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點分布。

2、斜坡地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，主要調(diào)查斜坡的地貌類型、地質(zhì)構(gòu)造、巖（土）體類型、水文地質(zhì)現(xiàn)象、地表覆蓋以及可能的災(zāi)害體類型、范圍等內(nèi)容。

3、地質(zhì)災(zāi)害體調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括識別地質(zhì)災(zāi)害體、確定災(zāi)害體的空間分布特征、解譯地質(zhì)災(zāi)害體的類型、邊界、規(guī)模、形態(tài)特征，分析其位移特征、活動狀態(tài)、發(fā)展趨勢、并評價其危害范圍和程度。

4、承災(zāi)體調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括承災(zāi)體的類型，建筑等級、分布范圍等。

（二）三維傾斜攝影

主要對鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍重點斜坡開展傾斜攝影或貼近攝影測量，調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害隱患點的邊界和范圍。

1、傾斜攝影數(shù)據(jù)主要采用無人機(jī)搭載五鏡頭傾斜云臺或正射云臺獲取高精度影像。根據(jù)數(shù)據(jù)量、處理難易程度，運(yùn)用運(yùn)用建模軟件解析空中三角測量，自動DEM匹配，正射糾正制作正射影像，通過三維格網(wǎng)重建，自動紋理映射制作三維模型。

2、傾斜攝影數(shù)據(jù)處理成果主要有正射影像、高程模型、數(shù)字線劃圖、傾斜三維模型，通過傾斜數(shù)據(jù)成果可以精確展現(xiàn)現(xiàn)場特征。

3、利用數(shù)據(jù)處理結(jié)果對災(zāi)害體調(diào)查，內(nèi)容應(yīng)包括：位置、范圍、形狀、形變方向、長度、寬度、高度、各點位坐標(biāo)、面積、體積、形變量、土石方量、形變部位以及潛在威脅范圍等。

（三）激光雷達(dá)測量（LiDAR）

對鄉(xiāng)鎮(zhèn)為重點的典型斜坡開展激光雷達(dá)掃描，以調(diào)查現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點變形情況。

1、LiDAR觀測數(shù)據(jù)主要來源為機(jī)載激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式包括Las格式點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù) 。

2、根據(jù)對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、分類，提取激光點云單位距離的表層數(shù)據(jù)，制作出數(shù)字表面模型DSM；通過篩選過濾出真實地面高程點，制作出數(shù)字高程模型DEM。

3、LiDAR數(shù)據(jù)處理成果主要有分類點云、數(shù)字高程模型、數(shù)字表面模型。

利用數(shù)據(jù)處理結(jié)果對災(zāi)害體調(diào)查，內(nèi)容應(yīng)包括：位置、范圍、形狀、形變方向、形變量、形變部位、面積等。

4 新技術(shù)新方法術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價中的運(yùn)用

本次風(fēng)險調(diào)查工作，是在以往地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展以孕災(zāi)地質(zhì)條件、承災(zāi)體調(diào)查及地質(zhì)災(zāi)害隱患判識為主的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查，深化地質(zhì)災(zāi)害早期識別、形成機(jī)理和規(guī)律認(rèn)識，總結(jié)成災(zāi)模式，開展不同層次地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃，提出綜合防治對策建議。

為了更全面地排查地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險隱患，準(zhǔn)確進(jìn)行風(fēng)險調(diào)查與區(qū)劃，切實提高該地區(qū)的綜合防治能力，尤其是采用傳統(tǒng)手段難以排查的高位、隱蔽性的隱患點情況下，本次調(diào)查充分利用高新技術(shù)、新方法，采用無人機(jī)正射+三維傾斜攝影+機(jī)載激光雷達(dá)+地面調(diào)查核實+地質(zhì)雷達(dá)探測+地質(zhì)勘查共同組成的天-空-地多種手段融合技術(shù)（如圖1），從不同角度和尺度來提前識別和發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患。

圖1 多種手段融合技術(shù)概念圖

本次風(fēng)險調(diào)查創(chuàng)新性的采用了“空-天-地”一體化調(diào)查方法，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，獲取更多的地質(zhì)災(zāi)害信息。本次主要選取了13個典型隱患點及災(zāi)點密度相對較大的三個區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)正射影像拍攝及傾斜攝影，其中無人機(jī)航拍面積實際完成量為35.62km2， 三維傾斜攝影完成量為11.42km2，見表1。

表1 采用新技術(shù)新方法完成工作量表

通過使用多旋翼高精度航測無人機(jī)，通過無人機(jī)上搭載的RTK模塊連接具備厘米級定位精度的CORS網(wǎng)絡(luò)，獲取了典型隱患點的坡體及周邊情況高精度航測傾斜攝影影像，并通過后期軟件拼接及建模處理，形成三維實景模型，相當(dāng)于建立了隱患點的三維立體電子沙盤；同時，利用無人機(jī)搭載專業(yè)攝影鏡頭對上述典型隱患點及周邊情況進(jìn)行了實時全景圖制作（如圖2），可為應(yīng)急指揮提供真實準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，為后期回遷可行性論證提供更為全面且直觀的隱患點坡體信息。此外，還開展了大型隱患點無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)(Lidar)系統(tǒng)掃描工作，獲取了隱患點坡體及周邊情況的三維數(shù)據(jù)并建立了點云模型（如圖3），為應(yīng)急處置工作提供了快速準(zhǔn)確、可量測的三維模型數(shù)據(jù)。

圖2 江埔街海塱村大灶佛南東側(cè)邊坡無人機(jī)航拍全景圖

圖3 溫泉鎮(zhèn)中田村沈山下社南側(cè)邊坡傾斜攝影三維模型和點云模型

為輔助從化區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價，本項目還收集了本單位在從化區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃中運(yùn)用的InSAR地表形變監(jiān)測技術(shù)報告。報告結(jié)合了全區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，利用InSAR技術(shù)開展從化區(qū)內(nèi)范圍地表形變監(jiān)測，主要監(jiān)測災(zāi)種為區(qū)域性的地面沉降，初步研究分析從化區(qū)地表變化特征以及主要成因，分析從化區(qū)地質(zhì)環(huán)境變化發(fā)展趨勢。

本次局部分析范圍位于從化區(qū)街口街道北部（如圖4），主要為石礦坑、居城鎮(zhèn)居民、城鎮(zhèn)居民及垃圾填埋場。地表形變分析結(jié)果表明，該區(qū)域主要表現(xiàn)為抬升，雷達(dá)視線方向平均抬升速率約18mm/yr。

圖4 街口街道北部雷達(dá)視線方向形變速率圖

5 新技術(shù)新方法術(shù)應(yīng)用效果評價

筆者通過將無人機(jī)航拍、三維傾斜攝影、激光雷達(dá)測量等新技術(shù)新方法應(yīng)用于本次開展1:5萬地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價的工作實踐中，取得了良好的應(yīng)用效果，但也發(fā)現(xiàn)了一些缺陷，結(jié)合前人的研究成果，總結(jié)如下：

利用機(jī)載 LiDAR 不僅可以獲取高分辨率、高精度的數(shù)字高程模型，而且利用去除植被后的真實地形很容易識別和發(fā)現(xiàn)滑坡崩塌堆積體和其他各種成因的松散堆積體，以及歷史上受長期重力作用而發(fā)生明顯開裂、移位的斜坡巖體，這些都是山區(qū)斜坡最脆弱的部位，也是最容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的潛在隱患區(qū)。但目前搭載 LiDAR 的飛行平臺受到較多限制，無人機(jī)攝影測量也面臨同樣的問題。下一步工作將開展相關(guān)方面的示范應(yīng)用，增強(qiáng) LiDAR適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力，降低成本，同時積累相關(guān)方面的經(jīng)驗，努力提高掃描和解譯精度，提升基于 LiDAR 的地質(zhì)災(zāi)害隱患識別能力。

InSAR 具有全天候、全天時工作的特點，尤其是具有大范圍連續(xù)跟蹤觀測微小地表形變的能力，是識別和發(fā)現(xiàn)正在變形的地質(zhì)災(zāi)害隱患的非常有效和重要的手段，近年來的示范應(yīng)用效果顯著。但 InSAR 也有一定的局限性，如只能用于識別目前正在發(fā)生緩慢變形的地質(zhì)災(zāi)害隱患，對于未變形的地質(zhì)災(zāi)害并不具備識別能力。另外，由于 InSAR主要利用相干性原理監(jiān)測地表形變，復(fù)雜地形、植被等都會影響相干性，甚至造成失相干現(xiàn)象。

光學(xué)遙感、InSAR、LiDAR、無人機(jī)攝影測量等現(xiàn)代遙感技術(shù)都有獨自的優(yōu)勢和能力，但也都有各自的條件限制和缺點，所以不能靠單一的技術(shù)手段來解決災(zāi)害隱患識別問題。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測體系遵照從宏觀到微觀，從區(qū)域到區(qū)段和單體，分層次分步驟逐步實現(xiàn)復(fù)雜山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識別和提前發(fā)現(xiàn)，為破解“隱患在哪里”這一科技難題提供了解決方案，但這一“技防”措施主要適用于高位隱蔽性的大型地質(zhì)災(zāi)害。

地質(zhì)災(zāi)害具有“三性”特征：一是存在的客觀性，地質(zhì)災(zāi)害會一直存在，人類要學(xué)會與災(zāi)害共生共處。二是認(rèn)知的局限性，人類還無法發(fā)現(xiàn)所有隱患，更無法徹底消除災(zāi)害隱患。三是防災(zāi)的長期性，地質(zhì)災(zāi)害防治是一場持久戰(zhàn)，很難一勞永逸，只能踏踏實實做好防災(zāi)減災(zāi)工作，不斷降低災(zāi)害風(fēng)險[3]。

綜述，地質(zhì)災(zāi)害是地球物質(zhì)運(yùn)動的產(chǎn)物,是伴隨地球運(yùn)動而生并與人類共存的現(xiàn)象，其發(fā)生是多元因素作用的結(jié)果。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與地形地貌、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，所以在一些山區(qū)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害往往也具有高位性和隱蔽性，這也是以往我們在平時的巡查排查中無法發(fā)現(xiàn)的原因之一。但在實際開展風(fēng)險調(diào)查過程中，通過靈活運(yùn)用無人機(jī)正射、三維傾斜攝影、機(jī)載激光雷達(dá)等新技術(shù)新方法手段，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)地面調(diào)查、地質(zhì)勘查方法的局限性，能更真實反映地質(zhì)災(zāi)害隱患點現(xiàn)場實際情況，取得了積極的效果。

我們也應(yīng)該意識到，無論是無人機(jī)攝影測量，還是利用機(jī)載 LiDAR 、光學(xué)遙感、InSAR等手段，仍然存在一定的局限性，應(yīng)該客觀看待此類問題。為此，我們應(yīng)該通過努力不斷改進(jìn)技術(shù)、完善功能，傳統(tǒng)與現(xiàn)代科技相結(jié)合，爭取更準(zhǔn)確更高效更全面地實現(xiàn)早期識別，提高開展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價工作成果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，提供直觀的數(shù)據(jù)模型，為地方政府制定地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、有序有效開展地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急管理工作提供權(quán)威的災(zāi)害風(fēng)險信息和科學(xué)決策依據(jù)，進(jìn)一步提升地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害綜合防災(zāi)減災(zāi)能力。