基于無(wú)人機(jī)融合建模的危巖運(yùn)動(dòng)模擬及影響區(qū)劃分

摘要：

危巖墜落受多種因素影響，具有不確定性，研究危巖的潛在受災(zāi)區(qū)域并區(qū)分不同影響程度能夠?yàn)闉?zāi)害防治提供數(shù)據(jù)支撐。以廣西南寧市內(nèi)莊屯危巖為例，基于傾斜與貼近攝影融合建模技術(shù)構(gòu)建三維模型，精準(zhǔn)獲取巖體結(jié)構(gòu)信息及危巖體特征信息；并通過(guò)三維數(shù)值模擬對(duì)危巖的運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、實(shí)時(shí)動(dòng)能及彈跳高度進(jìn)行研究，根據(jù)多次模擬結(jié)果提出了將潛在受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行影響區(qū)劃分的方法。研究表明：融合建模有效提高了陡立山體細(xì)節(jié)特征的可視性，更利于危巖運(yùn)動(dòng)模擬參數(shù)的精確提??；基于多次模擬結(jié)果分析，可以確定潛在受災(zāi)區(qū)域；影響區(qū)劃分方法能夠進(jìn)一步將潛在受災(zāi)區(qū)進(jìn)行簡(jiǎn)易、快速的區(qū)域劃分。研究結(jié)果對(duì)高陡危巖體的調(diào)查具有參考意義。

關(guān)" 鍵" 詞：

高位危巖； 融合建模； 傾斜攝影； 貼近攝影； 數(shù)值模擬； 落石分區(qū)

中圖法分類(lèi)號(hào)： P231;P642.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.07.018

收稿日期：

2023-12-29

；接受日期：

2024-04-19

基金項(xiàng)目：

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42072306）

作者簡(jiǎn)介：

劉兵兵，男，碩士研究生，主要從事攝影測(cè)量與工程地質(zhì)方面的研究。E-mail：1749910575@qq.com

通信作者：

吳" 福，男，正高級(jí)工程師，碩士，主要從事地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治方面的研究。E-mail：1404630357@qq.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號(hào)：1001-4179（2024） 07-0138-07

引用本文：

劉兵兵，吳福，劉昶，等.

基于無(wú)人機(jī)融合建模的危巖運(yùn)動(dòng)模擬及影響區(qū)劃分

［J］.人民長(zhǎng)江，2024，55（7）：138-144，159.

0" 引 言

斜坡上已有變形跡象、具有失穩(wěn)破壞征兆的巖塊體，稱(chēng)為危巖［1］。近年來(lái)，中國(guó)發(fā)生了多起危巖失穩(wěn)導(dǎo)致人員傷亡、公路河道堵塞、堤壩損毀等事件，如2018年7月，湖南省張家界大峽谷景區(qū)發(fā)生巖體滾落，使4名游客受傷，2名游客死亡；2021年3月，四川省樂(lè)山市峨邊縣發(fā)生巨石滾落事故，導(dǎo)致村民3人受傷，1人被埋；2022年7月27日，三峽庫(kù)區(qū)奉節(jié)縣瞿塘峽吊嘴危巖發(fā)生崩塌墜入長(zhǎng)江，濺起水花高約25 m，所幸無(wú)過(guò)往船只被擊中。高位危巖具有地面高差大、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)［2］，通過(guò)人工難以接近進(jìn)行精細(xì)化調(diào)查，如何查明危巖體特征信息并預(yù)測(cè)失穩(wěn)后的受災(zāi)區(qū)域一直是危巖調(diào)查研究中的重點(diǎn)。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量進(jìn)行三維模型構(gòu)建，基于模型對(duì)危巖開(kāi)展調(diào)查的方式被眾多學(xué)者所采用［3］，如Yan等［4］利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量開(kāi)發(fā)了一種新的半自動(dòng)危險(xiǎn)巖塊的提取方法，能夠自動(dòng)獲取識(shí)別塊體的位置、幾何參數(shù)和穩(wěn)定性結(jié)果；鄭紅霞等［5］基于貼近攝影測(cè)量技術(shù)提出了一種自動(dòng)識(shí)別巖層剖面特征點(diǎn)進(jìn)行巖層面重構(gòu)的方法；Vasuki等［6］利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)采集地質(zhì)結(jié)構(gòu)體上的影像信息，通過(guò)采集的影像信息，基于圖像處理技術(shù)，半自動(dòng)化提取出巖體表面結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。以往多數(shù)研究者采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，而貼近攝影測(cè)量技術(shù)提出之后，也有學(xué)者將貼近攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到巖體特征信息的調(diào)查中來(lái)，如孫琦等［7］基于貼近攝影技術(shù)研究了采樣尺寸、采樣間距對(duì)結(jié)構(gòu)面粗糙度評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。經(jīng)實(shí)踐表明，無(wú)論是傾斜攝影或貼近攝影技術(shù)均存在一定的缺陷［8］，如傾斜攝影在陡立面山體容易出現(xiàn)拍攝盲區(qū)，導(dǎo)致模型出現(xiàn)空洞拉花等不良現(xiàn)象［9］；貼近攝影在植被發(fā)育區(qū)近距離飛行時(shí)易造成無(wú)人機(jī)墜機(jī)現(xiàn)象［10］。將兩種技術(shù)結(jié)合能夠彌補(bǔ)單一技術(shù)采集的不足，但利用傾斜與貼近技術(shù)進(jìn)行融合建模的研究尚少。

基于三維模型的落石運(yùn)動(dòng)特征模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確直觀(guān)。對(duì)于落石運(yùn)動(dòng)特征的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者常采用數(shù)值模擬的方法，其中二維模擬軟件有Rockfall、二維離散元UDEC等，三維軟件有Rockyfor3D、Unity3D等。王豪等［11］基于Unity3D平臺(tái)研發(fā)了可以輸出運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、能量及彈跳高度的崩塌運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬軟件；呂權(quán)儒等［12］利用Rockfall軟件模擬崩落體失穩(wěn)后的滾落運(yùn)動(dòng)特征，并劃分出不同級(jí)別的崩塌影響區(qū)，為最終的防治提供依據(jù)。但以上多數(shù)研究止步于確定出危巖潛在受災(zāi)區(qū)域。為了能夠給災(zāi)害治理提供更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，對(duì)潛在受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行不同影響程度的區(qū)域劃分方法還需進(jìn)一步研究。

本文以南寧市馬山縣內(nèi)莊屯房屋后陡立山體危巖為研究對(duì)象，通過(guò)傾斜與貼近攝影融合建模技術(shù)獲取了該地的精細(xì)化三維模型，基于三維模型對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面特征及危巖體特征信息進(jìn)行提取，利用崩塌模擬軟件MSRA-3D對(duì)其動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，并根據(jù)多次模擬結(jié)果將危巖失穩(wěn)后可能造成的受災(zāi)范圍進(jìn)行不同影響程度的劃分，以為后期危巖防治工程設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1" 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南寧市馬山縣福蘭村內(nèi)莊屯房屋后山體（圖1），該地屬于峰叢洼地地貌區(qū)，峰叢基座相連，峰頂多呈錐狀，相對(duì)高差約300 m，山體中下部坡度為40°～50°，中上部為80°～90°，危巖多分布于山體陡立面處，調(diào)查人員難以靠近。出露地層巖性為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組（D2d）灰?guī)r和第四系溶余堆積（Qedl）。泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組灰?guī)r呈灰色，中—厚層狀，雨量充沛，風(fēng)化溶蝕作用明顯，溶漕、溶隙、溶溝發(fā)育；第四系溶余堆積黏土分布于洼地及周邊，棕黃、灰褐色，厚度0～5 m，研究區(qū)南側(cè)200 m左右發(fā)育有一不明性質(zhì)斷層，長(zhǎng)約25 km，走向北西。

2" 傾斜與貼近攝影技術(shù)融合建模

2.1" 原理概述

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過(guò)在同一攝影平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，從5個(gè)不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，快速、高效地獲取豐富的數(shù)據(jù)信息［13-14］，但由于拍攝時(shí)飛行高度較高，在拍攝有巖體突出的陡崖數(shù)據(jù)時(shí)，在凹陷處容易出現(xiàn)拍攝盲區(qū)（圖2），從而在模型生產(chǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)空洞、拉花、粘連等現(xiàn)象。而貼近攝影測(cè)量技術(shù)是正對(duì)物體表面進(jìn)行拍攝［15］，能夠有效彌補(bǔ)傾斜攝影拍攝時(shí)的盲區(qū)空白，且其飛行時(shí)距離物體較近，能夠獲得更加清晰的影像數(shù)據(jù)。將貼近攝影對(duì)傾斜攝影進(jìn)行拍攝補(bǔ)充，不僅在建立模型時(shí)能防止空洞等缺陷的出現(xiàn)，而且能提高重點(diǎn)區(qū)域的精細(xì)度（圖3），后續(xù)基于模型的信息提取結(jié)果也會(huì)更加完整、準(zhǔn)確。

2.2" 數(shù)據(jù)采集及模型建立

2.2.1" 影像數(shù)據(jù)采集

研究區(qū)數(shù)據(jù)采集選取大疆精靈4 RTK無(wú)人機(jī)，采集工作分為兩步：

（1） 對(duì)研究區(qū)整體范圍開(kāi)展傾斜攝影，將傾斜攝影所獲得的高清影像照片利用大疆智圖軟件進(jìn)行快速處理，生成粗模。此時(shí)的模型在陡崖處由于拍攝盲區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)一些拉花、空洞等缺陷。該步驟的意義在于完成非重點(diǎn)區(qū)域的航測(cè)工作，找到模型缺陷位置，以及為貼近攝影提供基礎(chǔ)地形。

（2） 根據(jù)粗模確定基巖出露及有模型缺陷的重點(diǎn)區(qū)域，然后規(guī)劃貼近攝影飛行航線(xiàn)并開(kāi)展正對(duì)坡面的攝影工作，貼近攝影的方式分為自動(dòng)飛行和手動(dòng)飛行，自動(dòng)飛行是根據(jù)粗模及航線(xiàn)規(guī)劃軟件進(jìn)行航線(xiàn)繪制，該種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠保證無(wú)人機(jī)飛行期間的重疊度要求，避免出現(xiàn)漏拍現(xiàn)象，缺點(diǎn)是需要避免直立面雜生的植被影響，注意無(wú)人機(jī)的飛行安全。手動(dòng)飛行則是飛手全程控制無(wú)人機(jī)飛行并定點(diǎn)拍攝，十分考驗(yàn)飛手的專(zhuān)業(yè)能力，但能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)飛行軌跡及時(shí)做出調(diào)整。本次貼近攝影由于重點(diǎn)區(qū)域數(shù)量多、面積小，采用手動(dòng)飛行方式，兩次飛行共計(jì)獲取高清影像2 633張。

2.2.2" 三維模型構(gòu)建

導(dǎo)出無(wú)人機(jī)獲取的高清影像數(shù)據(jù)，通過(guò)影像數(shù)據(jù)內(nèi)置POS信息及高清影像信息，利用ContextCapture軟件進(jìn)行空三解算、融合拼接等關(guān)鍵步驟，得到研究區(qū)的融合三維模型。圖4展示了該模型陡立面易出現(xiàn)拍攝盲區(qū)，未出現(xiàn)拉花、空洞等明顯模型缺陷，符合危巖信息提取的要求。

3" 巖體特征調(diào)查及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1" 巖體結(jié)構(gòu)面特征識(shí)別

3.1.1" 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算原理

結(jié)構(gòu)面特征包括結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、產(chǎn)狀、跡長(zhǎng)、間距及粗糙度等。結(jié)構(gòu)面的分布、產(chǎn)狀信息等參數(shù)能夠體現(xiàn)出巖體的裂隙特征，分析結(jié)構(gòu)面的分布及組合關(guān)系能夠了解巖體的斷裂模式、滑動(dòng)模式等變形特征，從而評(píng)估巖體可能發(fā)生的破壞形式和規(guī)模。對(duì)于結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息提取，傳統(tǒng)方法是現(xiàn)場(chǎng)使用羅盤(pán)等工具進(jìn)行直接測(cè)量，但對(duì)于高陡危巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息由于地質(zhì)工作人員難以接近，無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量［16］，在實(shí)景三維模型上直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息的測(cè)量及統(tǒng)計(jì)，能夠有效解決人上不去的難題，為解決高陡地區(qū)對(duì)危巖穩(wěn)定性研究的阻礙提供新的思路和方法?；谌S模型的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息量測(cè)，是根據(jù)三維模型上的每一點(diǎn)都具有坐標(biāo)信息，在平面上選取不在同一條直線(xiàn)上的3個(gè)特征點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行擬合平面，從而確定傾向傾角，簡(jiǎn)稱(chēng)為“三點(diǎn)法”，其原理如下：

首先設(shè)結(jié)構(gòu)面擬合平面方程式為

Z=AX+BY+C

（1）

式中：A、B、C為擬合平面方程參數(shù)，且A、B不同時(shí)為0，該平面法向量為n=［A，B，1］

然后采用最小二乘法解算得出A、B、C的值：

ABC=X1Y11X2Y21X3Y31-1Z1Z2Z3

（2）

根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與平面方程參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以求得傾角α和傾向β：

α=arctan（" A2+B2）

（3）

β0=arctanBA

（4）

當(dāng)A＜0時(shí)，

B≤0，β=β0

B＞0，β=β0+π

（5）

當(dāng)A＞0時(shí)，

β=β0+π

（6）

由此即可求出傾角α和傾向β［17］。

3.1.2" 巖體結(jié)構(gòu)面參數(shù)及精度驗(yàn)證

研究區(qū)以灰?guī)r出露為主，溶蝕風(fēng)化強(qiáng)烈，巖層產(chǎn)狀為95°∠10°，主要發(fā)育兩組陡傾結(jié)構(gòu)面，第一組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為28°～45°或180°～210°∠79°～88°，該組結(jié)構(gòu)面走向與陡崖延伸方向近于平行，表面平直粗糙，貫通性好，發(fā)育較廣泛；第二組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為90°～110°或270°～300°∠80°～89°，該組結(jié)構(gòu)面表面平直光滑，貫通性較好。

為驗(yàn)證模型量測(cè)產(chǎn)狀信息的準(zhǔn)確性，筆者在數(shù)據(jù)采集期間從研究區(qū)易于到達(dá)處選取4個(gè)點(diǎn)位分別按照傳統(tǒng)方法使用羅盤(pán)進(jìn)行產(chǎn)狀信息量測(cè)，將羅盤(pán)量測(cè)結(jié)果與模型量測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，模型測(cè)量結(jié)果與羅盤(pán)測(cè)量結(jié)果傾向傾角測(cè)量誤差均在3°以?xún)?nèi)（表1），滿(mǎn)足工程精度要求。

3.2" 危巖識(shí)別及失穩(wěn)模式分析

基于三維模型，可以從各個(gè)角度直觀(guān)地對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行目視解譯，優(yōu)質(zhì)的三維模型，使得巖體的細(xì)節(jié)能夠更清晰地被觀(guān)察和發(fā)現(xiàn)，有助于發(fā)現(xiàn)更小的裂縫、節(jié)理等特征，通過(guò)分析巖層的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、傾向、傾角等特征，并結(jié)合巖體臨空面、裂隙發(fā)育等條件能夠快速識(shí)別危巖，危巖編號(hào)及位置見(jiàn)圖5。

危巖體的失穩(wěn)模式即危巖的破壞模式，是其穩(wěn)定性研究及治理措施研究的基礎(chǔ)［18］。由于分類(lèi)角度、調(diào)查區(qū)域不同，危巖體失穩(wěn)模式存在多種分類(lèi)方案。陳洪凱等［1］根據(jù)危巖失穩(wěn)破壞的可能模式，將危巖分為墜落式、滑移式、傾倒式3種（圖6），其中墜落式危巖通常具有良好的臨空面，處于懸空或懸挑式的巖體由于發(fā)生拉斷、切斷而發(fā)生墜落；滑移式危巖通常在巖體與母巖之間發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，危巖沿軟弱面滑移，于陡崖（坡）處塌落；傾倒式危巖多發(fā)育在黃土、直立或陡傾坡內(nèi)的巖層處，后緣發(fā)育裂隙逐漸擴(kuò)張，危巖繞轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生傾倒塌落。

隨著三維模型在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查方面的應(yīng)用發(fā)展，利用EarthSurvey軟件，對(duì)危巖高度、空間尺寸等參數(shù)進(jìn)行快速量測(cè)，依據(jù)危巖體裂隙及受力狀態(tài)，判斷危巖破壞特征及失穩(wěn)模式，提取參數(shù)及失穩(wěn)類(lèi)型見(jiàn)表2。

3.3" 巖體穩(wěn)定性分析

3.3.1" 穩(wěn)定性分析方法

赤平投影能夠有效地表示空間結(jié)構(gòu)面之間的關(guān)系［19-20］，因此可以方便地用于邊坡結(jié)構(gòu)體的分析。大圓分析法是將各結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀以大圓表示的分析方法。該方法根據(jù)每組結(jié)構(gòu)面在赤平投影平面上的投影大圓或每?jī)山M結(jié)構(gòu)面大圓組合形成的交線(xiàn)，與坡面在該投影平面上投影大圓和以及摩擦圓的相對(duì)位置來(lái)對(duì)其穩(wěn)定性做出判斷［21］。若代表結(jié)構(gòu)面的大圓或兩組結(jié)構(gòu)面大圓的交線(xiàn)小于邊坡面的傾角且都在摩擦圓中時(shí)，如圖7中結(jié)構(gòu)面1和結(jié)構(gòu)面2的交線(xiàn)，則認(rèn)為該結(jié)構(gòu)是潛在不穩(wěn)定的。

3.3.2" 危巖穩(wěn)定性分析

本文通過(guò)三維模型拾取坐標(biāo)，采用三點(diǎn)擬合平面法量測(cè)得WY1兩組主要控制節(jié)理產(chǎn)狀信息及坡面產(chǎn)狀信息，其中節(jié)理產(chǎn)狀為J1：189°∠81°，J2：283°∠83°，坡面產(chǎn)狀為192°∠83°。并根據(jù)南寧市相關(guān)地質(zhì)勘察資料，確定該處巖體內(nèi)摩擦角φ取值為30°，在赤平投影圖中進(jìn)行結(jié)構(gòu)面組合分析，結(jié)果如圖8所示，J1、J2兩組節(jié)理的交點(diǎn)傾角小于坡面傾角且在摩擦圓中，易發(fā)生滑動(dòng)，處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。

4" 危巖運(yùn)動(dòng)特征模擬及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分

為研究危巖失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及影響，本文以WY1為例，采用崩塌運(yùn)動(dòng)全過(guò)程模擬軟件MSRA-3D對(duì)其動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析研究，該軟件能夠三維展示巖體失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)路徑，輸出運(yùn)動(dòng)過(guò)程中巖體在不同位置上的速度、動(dòng)能、彈跳高度等信息，能夠?yàn)闉?zāi)害防治工程設(shè)計(jì)提供支持［12］。

4.1" 模型建立及參數(shù)設(shè)置

模擬所采用的坡體數(shù)據(jù)為前文通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)融合建模所得到的三維模型，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出FBX格式的模型，可直接導(dǎo)入使用。坡體表面特征參數(shù)參考廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)DB 45/T 1696-2018《危巖防治工程技術(shù)規(guī)范》，并通過(guò)已有落石情況進(jìn)行反演測(cè)試，多次微調(diào)系數(shù)直至模擬結(jié)果與已有落石情況相符，有效保證后續(xù)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。最終動(dòng)摩擦系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)取值見(jiàn)表3。固定關(guān)節(jié)斷裂力閾值參考以往工程相同巖性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。危巖體數(shù)據(jù)則是根據(jù)前文所提取的巖體結(jié)構(gòu)面特征、危巖體特征等信息來(lái)確定危巖體模型的形狀、尺寸、空間位置、空間姿態(tài)。

4.2" 落石運(yùn)動(dòng)特征

在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受結(jié)構(gòu)面切割的危巖脫離母巖后，首先在重力作用下發(fā)生墜落運(yùn)動(dòng)，再與坡面發(fā)生多次碰撞彈跳，最后進(jìn)行滾落運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡及速度如圖9所示（此處僅展示W(wǎng)Y1的模擬結(jié)果）。輸出運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)路徑、實(shí)時(shí)動(dòng)能、彈跳高度等計(jì)算結(jié)果，如圖10所示（此處僅展示W(wǎng)Y1的計(jì)算結(jié)果）。根據(jù)模擬結(jié)果分析可知，該危巖在極端天氣下一旦發(fā)生墜落，若不加以防護(hù)，有擊中房屋的危險(xiǎn)，對(duì)居民安全造成嚴(yán)重威脅。

4.3" 落石風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

通過(guò)多次模擬結(jié)果可以確定落石可能造成的災(zāi)害范圍，本文提出了一種將災(zāi)害范圍進(jìn)行不同影響區(qū)域劃分的方法，分區(qū)結(jié)果在后期災(zāi)害防治等多個(gè)方面具有參考價(jià)值。

4.3.1" 影響區(qū)域劃分方法

不同影響區(qū)域劃分需要有明確的劃分規(guī)則，用來(lái)確定其比例或范圍，但如果根據(jù)某一坡形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，則缺乏了劃分規(guī)則的普適性。為此，本文提出用理

想化模型去研究落石?？课恢玫姆植家?guī)律，以求能從中獲取啟發(fā)。所謂理想化模型，即指巖體墜落區(qū)域是一片平地，無(wú)高大樹(shù)木或群集房屋等障礙物，不影響落石的運(yùn)動(dòng)軌跡，由于巖體的傾向、大小、高程等信息在多次實(shí)驗(yàn)中不發(fā)生變化，且受上述條件控制，巖體墜落后一定有一個(gè)最佳理論位置，如圖11（a）中藍(lán)色的點(diǎn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，根據(jù)隨機(jī)試驗(yàn)的原則，其分布則會(huì)呈現(xiàn)出距離理論位置越近越密集，越遠(yuǎn)越稀疏的規(guī)律。將該分布以垂直巖體主要滾落方向?yàn)闄M坐標(biāo)，密集程度為縱坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖11（b）所示。發(fā)現(xiàn)其分布近似于正態(tài)分布曲線(xiàn)，而正態(tài)分布可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差將其整體劃分為不同區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)差在正態(tài)分布中表征數(shù)據(jù)的離散程度，將此分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于密集程度統(tǒng)計(jì)中，該點(diǎn)即表示為密集程度變化較大的分界位置，也正是分區(qū)較為符合的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。因此將正態(tài)分布劃分比例應(yīng)用于樣本點(diǎn)劃分中，如圖11（c）所示，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)的區(qū)域占比約68％，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)的區(qū)域占比約96％，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之外的占比約4％，按照該區(qū)域比例與樣本點(diǎn)數(shù)目相結(jié)合，確定分區(qū)界限控制點(diǎn)，如圖11（a）所示，按此方法將影響區(qū)域劃分為重、中、輕度3個(gè)等級(jí)。

4.3.2" 影響區(qū)域劃分結(jié)果

危巖崩塌受多種因素影響，為了更加符合真實(shí)情況，MSRA-3D軟件在計(jì)算時(shí)引入了一定的隨機(jī)參數(shù)來(lái)減小確定參數(shù)數(shù)值模擬所造成的局限性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)隨機(jī)小幅度改變隨機(jī)參數(shù)，用來(lái)代替實(shí)際中遇到的降雨、地震等其他不確定因素影響。本文以WY1為例，通過(guò)多次模擬，得到100處危巖最終?？课恢脭?shù)據(jù)，選取處于最外圍4個(gè)位置作為可能造成的災(zāi)害范圍邊界，在垂直巖體主要滾落方向上，以最邊界的點(diǎn)為原點(diǎn)，距原點(diǎn)距離為左縱軸進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，且按此距離進(jìn)行排序編號(hào)，并計(jì)算相鄰點(diǎn)位的差值為右縱軸。為方便制圖觀(guān)察，右縱軸設(shè)置向下為正方向，差值越小，則表明點(diǎn)位越密集，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖12所示。相鄰點(diǎn)差值曲線(xiàn)呈現(xiàn)整體上先減小再增大的趨勢(shì)，說(shuō)明點(diǎn)位分布特征為先稀疏再密集又稀疏，該特征證明采用正態(tài)分布規(guī)律劃分區(qū)域的方法是可行的。

將統(tǒng)計(jì)結(jié)果按照分布比例確定為不同影響區(qū)域，不同危巖體之間影響區(qū)的相互重疊區(qū)域采用風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)矩陣（圖13）確定影響等級(jí)；如圖14所示，研究區(qū)危巖落石共造成3處影響區(qū)域，其中WY1～4墜落位置形成區(qū)域一，WY5和WY6墜落位置分別形成區(qū)域二和區(qū)域三。本次分區(qū)結(jié)果能夠?yàn)槲r的治理與防范提供重要參考依據(jù)。

5" 結(jié) 論

（1）" 采用傾斜與貼近攝影技術(shù)融合構(gòu)建三維模型的方法，能夠有效避免傾斜攝影由拍攝盲區(qū)導(dǎo)致的模型空洞、拉花等現(xiàn)象，提高了模型的完整性，使信息提取結(jié)果更加準(zhǔn)確、真實(shí)。

（2）" 基于危巖運(yùn)動(dòng)模擬結(jié)果分析，房屋有被擊中的風(fēng)險(xiǎn)，需要采取措施進(jìn)行防護(hù)。

（3）" 首次提出采用正態(tài)分布規(guī)律將可能造成的災(zāi)害范圍進(jìn)行不同影響程度的區(qū)域劃分方法，并在該示范區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，將落石范圍分為了重、中、輕3種不同程度的區(qū)域。

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（編輯：劉 媛）

Simulation of dangerous rock mass movement and delineation of impacted zone based on UAV fusion modeling

LIU Binging1，WU Fu2，LIU Chang2，HE Na2，HUANG Hai2

（1.State Key Laboratory of Geological Disaster Prevention and Environmental Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；" 2.Geological Environment Monitoring Station of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning 530201，China）

Abstract：

Rock falls are influenced by a variety of factors and inherent uncertainties.Investigating potential disaster zones and distinguishing varying degrees of impact can provide critical data for disaster prevention and control.This study focused on the dangerous rock masses in Neizhuangtun，Nanning City，Guangxi.A 3-dimensional model was constructed using a fusion of oblique photography and nap-of-the-object photogrammetry modeling technology to accurately capture the structural and characteristic information of the rock mass.Through 3D numerical simulation，the movement path，process，real-time kinetic energy，and bouncing height of the dangerous rock masses were analyzed.Based on the simulation results，a method of dividing the potentially impacted areas was proposed.The findings indicated that the fusion modeling technique significantly enhanced the visibility of detailed features in steep mountainous regions，facilitating the accurate extraction of simulation parameters for rock movement.By analyzing multiple simulation results，the potential disaster risk zones were identified.The proposed method for dividing the affected areas enables a quick and easy division of potential disaster zones.The outcomes of this study provide insights for the investigation of high and steep dangerous rock masses.

Key words：

high dangerous rocks； fusion modeling； oblique photography； nap-of-the-object photogrammetry； numerical simulation； rockfall area zoning