三維激光掃描技術(shù)在某地質(zhì)災害勘查中的應(yīng)用

曹友賢

摘? 要：在泥石流與危巖等地質(zhì)災害的勘查過程中，需要進行詳細的地形圖測量及仔細的工程地質(zhì)測繪。傳統(tǒng)的測量方法經(jīng)常因為山高林密、地形復雜，難以獲取準確的地形地貌資料及危巖體發(fā)育特征等信息，進而對泥石流溝道縱坡、物源判別及危巖體失穩(wěn)模式、發(fā)展預測等產(chǎn)生不利影響。三維激光掃描技術(shù)通過激光反射，快速獲取地面點云特征，得到所需的地質(zhì)信息，可以獲取傳統(tǒng)測量無法得到的信息。該文以某地質(zhì)災害點勘查為例，詮釋了三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災害勘查過程中的方法與技巧，為類似的地質(zhì)災害勘查提供參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災害;泥石流;危巖;三維激光掃描

中圖分類號：P225? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 項目背景

2017年8月8日21時19分46秒，四川省阿壩州九寨溝縣發(fā)生里氏7.0級地震。受地震影響，九寨溝景區(qū)引發(fā)了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災害，嚴重威脅景區(qū)游客及居民的生命、財產(chǎn)安全。其中中季節(jié)海泥石流位于九寨溝景區(qū)內(nèi)中季節(jié)海附近，溝口位置坐標約為N33°05'42"，E103°55'14"，該災害點包括泥石流、崩塌（危巖）等多種災害。在進行基礎(chǔ)資料收集的過程中發(fā)現(xiàn)，因為景區(qū)植被茂密，泥石流溝的地形圖測量工作難以順利實施，傳統(tǒng)方法測量得到的地形圖資料難以反應(yīng)溝道的真實情況，而且由于溝道內(nèi)植被較好，地面調(diào)查人員對溝道內(nèi)物源的調(diào)查與劃分也比較困難。崩塌危巖區(qū)因危巖帶較陡，垂直高差較大，人員難以攀登，而且危巖區(qū)節(jié)理裂隙非常發(fā)育，傳統(tǒng)的羅盤、皮尺無法完全測量與統(tǒng)計準確，進而需要更為高效、準確的測量及分析方法。

2 三維激光掃描及解譯

該災點泥石流溝流域面積大，植被發(fā)育好，傳統(tǒng)的地面測量需要大量的人力及時間，而且測量效果較差，該區(qū)域內(nèi)危巖陡壁過于高陡，調(diào)查人員難以抵近測量，而且因該區(qū)域構(gòu)造復雜，產(chǎn)狀有一定變換性，使用傳統(tǒng)的羅盤測量結(jié)構(gòu)面具有一定的局限性。為了得到詳細的地形圖并查明崩塌范圍內(nèi)危巖帶、危巖體發(fā)育特征，分析危巖帶（體）穩(wěn)定性，項目采用天眼激光科技有限公司研制的輕小型激光雷達系統(tǒng)SE-J1200B02三維激光掃描儀，同時結(jié)合加拿大依諾馬軟件出品的PolyWorks激光掃描點云數(shù)據(jù)處理集成軟件，以及成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室的《結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計算程序》，對崩塌范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀進行了解譯。

2.1 掃描范圍

該次勘查采用機載三維激光掃描儀對災害點全流域及危巖帶范圍進行了詳細的掃描。

2.2 掃描精度

SE-J1200B02三維激光掃描儀掃描距離最大可到2 000 m，掃描點密度可達30個/m2，單個點測距精度可達0.02 m，測量高程中誤差可達0.1 m，平面中誤差可達0.4 m，提取的數(shù)據(jù)信息最豐富，能夠精確的獲得地形圖及危巖帶的詳細結(jié)構(gòu)特征。

3 掃描數(shù)據(jù)處理

3.1 掃描數(shù)據(jù)預處理

掃描數(shù)據(jù)不僅有出露巖體的點云，而且也有坡表植被、積雪等干擾因素，因此，需要對掃描獲得的數(shù)據(jù)進行預處理，即剔除干擾因素。盡量讓地面信息及巖體或危巖體可見，方便進行溝道物源判別及危巖體幾何尺寸的量測、剖面的獲取及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的量測等。

3.2 地形圖及地表信息

通過對數(shù)據(jù)的處理，可得到全流域1∶500精度的地形圖（如圖1所示），并且可得到區(qū)域內(nèi)去除植被后的地面信息，可為泥石流溝道沖刷、堆積情況及溝道物源、岸坡堆積物源等地面調(diào)查提供可靠的參考（如圖2所示）。

3.3 重要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀量測

產(chǎn)狀測量的原理是在該結(jié)構(gòu)面上任選3個不共線的點，擬合生成一個平面，通過該平面的法向量求解結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，再分別查看每個面的屬性，讀取每個面的3個法向量值，利用成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室董秀軍編制的《結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計算程序》可計算每個平面的產(chǎn)狀（如圖3所示）。

通過軟件分析及采集，可得到目標區(qū)域內(nèi)出露的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，示例見表1。

4 數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析

4.1 節(jié)理等密度圖和節(jié)理玫瑰花圖

根據(jù)危巖帶結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計結(jié)果可做出該危巖范圍內(nèi)發(fā)育節(jié)理的等密度圖和節(jié)理玫瑰花圖（如圖4，圖5所示）。

4.2 結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀和主要特征分析

根據(jù)以上節(jié)理等密圖及走向玫瑰花圖并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可以看出，各區(qū)巖體內(nèi)主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)面及其產(chǎn)狀和主要特征見表2。

4.3 穩(wěn)定性分析及評價

根據(jù)結(jié)構(gòu)面與坡面的組合關(guān)系，可做出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面及坡面的赤平投影圖，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，可對該區(qū)域內(nèi)的危巖做出穩(wěn)定性分析及評價。

5 結(jié)論

該文以某實際工程為基礎(chǔ)，闡述了三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災害勘查中的應(yīng)用方法和效果，得出以下3點結(jié)論。1）三維激光掃描技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)地形圖測量手段的限制，可更快速準確地獲取地形圖資料，克服了全站儀、RTK等傳統(tǒng)測量手段測量時間長、精度不足及部分區(qū)域人員無法到達等缺點。2）三維激光掃描技術(shù)補充了危巖調(diào)查過程中人為獲取危巖變形特征信息不準確、不全面的不足，并且可以避免高陡危巖調(diào)查過程中人員的危險性。3）隨著技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災害勘查及治理等領(lǐng)域?qū)⒂羞M一步發(fā)展，該文可為類似的工程提供參考。

參考文獻

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