無人機在某公路工程地質(zhì)勘查中的應用

李容

摘要：公路工程地質(zhì)勘查經(jīng)常要通過復雜危險地形或者遭遇崩塌、滑坡、塌方等地質(zhì)災害的危險，加大了地質(zhì)勘查的困難程度，并增加勘察人員外業(yè)工作的危險系數(shù)。傳統(tǒng)的衛(wèi)片、航片不能清楚地反映出勘察細節(jié)。無人機勘察不但簡單快捷，具有很高的安全性，而且在很大程度上可以節(jié)約人力和資源成本，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：無人機；崩塌；滑坡；水土流失

前言

公路勘察經(jīng)常會在復雜的地形地貌和地質(zhì)條件下進行，面臨及其艱辛的工作環(huán)境，野外勘察精度降低，無法滿足設計需求，無人機航拍具有高清晰、大比例、小面積等特點，適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像。與衛(wèi)星相比，綜合成本低，性價比高，機動靈活。隨著無人機技術(shù)的高速發(fā)展，其在工程建設前期的選定線路及橋渡方案、后期工程的泥石流、崩塌、滑坡調(diào)查中的重要性將日益凸顯。

1.無人機工作原理

無人機三維影像技術(shù)是以無人機為飛行平臺搭載傳感器設備獲取地面信息的遙感方式，依據(jù)光學攝影機獲取相片，經(jīng)過處理獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關(guān)系，配以先進的計算機后處理系統(tǒng)，將含有三維坐標信息的數(shù)碼相片來得到地質(zhì)體的三維點云數(shù)據(jù)。無人機三維影像技術(shù)在快速獲取高分辨率影像方面具有明顯優(yōu)勢，可以極大提高公路建設在復雜山區(qū)地質(zhì)勘查的效率和精度。

2.無人機在某公路工程中的應用

廣東某高速公路工程位于五嶺山脈以南，測區(qū)地勢北高南低，以中低山和丘陵地形為主，溪流發(fā)育，地形復雜，“V”型谷、峽谷發(fā)育，線路經(jīng)過處海拔標高介于70m～430m。項目區(qū)域地貌65%為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌單元，主要由泥盆系灰白色中一厚層狀含礫沙巖、侏羅系灰白、淺灰、紫紅色厚層狀雜沙巖、流紋斑巖，白堊系肉紅、灰紫色流紋巖及燕山五期流紋斑巖組成。巖石片理等裂隙發(fā)育，風化程度較為強烈，風化層厚度較大，巖體較為破碎。地下水類型為基巖裂隙水，賦存于基巖裂隙中，滲透系數(shù)小，各向異性差別大，水量貧乏一中等。受構(gòu)造、土質(zhì)、雨水、氣溫等影響，大部分風化層易發(fā)生水土流失、崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件總體一般。

采用無人機三維影像技術(shù)在大范圍地質(zhì)選線上具有極大優(yōu)勢。從現(xiàn)階段設備的水平來看，固定翼無人機一天可飛行100km～200km。其飛行成果進行3D建模后，可完成大型滑坡、崩塌等不良地質(zhì)的識別，斷層、巖層產(chǎn)狀等構(gòu)造情況的勘察工作。結(jié)合本項目特征下面介紹無人機作為一種輔助勘察工具在工程勘察中的應用。

2.1崩塌、滑塌

本項目屬山區(qū)公路，植被發(fā)育，工程建設較少，人為活動少，總體沿線地質(zhì)災害相對較發(fā)育。受地形、地層巖性、構(gòu)造及地下水等因素的影響，沿線主要不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有崩塌、滑坡、危巖體等，項目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，造成分布的基巖裂隙發(fā)育，抗風化能力較差，上覆的殘破積土厚度較大。在地形坡度陡峭、人工開挖或裸露處，因在雨水沖刷作用下，飽水后抗剪強度大幅下降，極易引發(fā)崩塌。特別是碎屑巖區(qū)常夾有薄層軟弱夾層或軟硬不均，同時巖石層理、節(jié)理裂隙發(fā)育，且?guī)r層傾向多與山坡坡向一致，軟弱層飽水后抗剪強度大幅下降，不穩(wěn)定巖體在強烈震動下或遇強降水作用下，會促進和誘發(fā)崩塌的發(fā)生。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)土質(zhì)邊坡及巖質(zhì)邊坡崩塌共32處，整區(qū)內(nèi)崩塌地質(zhì)災害發(fā)育不均勻，局部發(fā)育較為密集。

圖1位于線位K0+552右側(cè)73m處一滑塌，巖性為泥盆系（D3sh）沙巖、石英沙巖、變質(zhì)沙巖等，巖體破碎，大部分基巖出露，根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪資料，坡體范圍發(fā)育多組不利結(jié)構(gòu)面，由于坡角人工開挖卸荷，加上雨水作用使之上覆的殘坡積層及破碎的巖石產(chǎn)生順層滑塌，滑塌范圍高度45m，寬度48m，滑塌量約100m³，對路線有一定影響。

2.2滑坡、水土流失

線路區(qū)分布的基巖抗風化能力較差、裂隙發(fā)育，殘留片理，風化層厚度大，在地形坡度陡峭處易引發(fā)滑坡。特別是高邊坡、陡坡路堤等地形變化較大地段，由于巖石破碎、常夾有薄層軟弱夾層，其穩(wěn)定性差，在人工開挖后，在雨水沖刷作用下，因抗剪強度大幅下降而產(chǎn)生淺層滑坡。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)有大、中、小型滑坡共12處。

圖2位于線位K4+662右側(cè)476m處一滑坡群及水土流失?；鶐r為泥質(zhì)粉沙巖與泥巖、頁巖互層，由于巖石破碎，基巖上部風化層厚度約10m-15m，由于邊坡植被被破壞，加上雨水作用使之上覆的殘坡積層及破碎的巖石產(chǎn)生水土流失，水土流失范圍較廣，方量較大，目前還是加劇滑坡的跡象。但距離主線約500m，對路線影響甚微。

2.3采空區(qū)

線路區(qū)內(nèi)，采礦活動少，僅有主線重點區(qū)域有一個正在生產(chǎn)的小型水泥用石灰?guī)r開采區(qū)，由于此段石灰?guī)r隱伏于第四系下部，所以目前形成了一個橢圓形采坑，長約250m，寬約150m，最深處約70m。采坑內(nèi)部有采礦平垌，平垌頂板標高與地表高差約60m，對線路影響不大。圖3為無人機航拍某一采坑。

結(jié)語

無人機作為一種輔助的地質(zhì)勘查工具，具有以下特點：

（1）機動靈活，展開任務快捷，在自然災害發(fā)生時，無人機可做到快速響應。（2）拍攝覆蓋面廣，一次起落可覆蓋20km²～80km²，大大提高了勘測工作效率。（3）機動性強：對各種需要測繪的環(huán)境都能迅速適應，開始工作。（4）受天氣和場地影響小：無雨且風力不要太大就能起飛進行工作，跑道也只需用平地代替即可。（5）使用成本低，操作簡單，維護方便。（6）數(shù)據(jù)結(jié)果真實：由于可以在短期內(nèi)獲得影像數(shù)據(jù)，所以具有很強的時效性，對地面的狀況反映更真實。（7）可在空中實現(xiàn)GPS定高、定距、拍攝，提高成圖效率。（8）能在交通不便、地貌復雜、人跡很難到達的區(qū)域執(zhí)行任務。

無人機必將會在未來地質(zhì)勘查中發(fā)揮更重要的作用。希望本文中闡述的相關(guān)經(jīng)驗能為以后研究與應用提供參考的依據(jù)。