基于機載LiDAR與傾斜攝影技術(shù)的場區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究

摘" 要：納雍地區(qū)為典型的喀斯特丘陵地貌，植被茂密，地形陡峭，傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查方法存在一定困難且工作效率低。該文采用機載LiDAR和傾斜攝影技術(shù)，獲取場區(qū)激光點云和五鏡頭光學(xué)影像，生成高精度數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字表面模型（DSM）、高分辨率三維實景模型（3D-Model）等成果，從宏觀上判別場區(qū)地質(zhì)環(huán)境，同時通過微小變形查明場區(qū)植被覆蓋下地質(zhì)災(zāi)害隱患。此次研究基于綜合遙感技術(shù)共識別出22處滑坡、6處人工邊坡及1處巖溶空洞等地質(zhì)災(zāi)害隱患，為納雍地區(qū)新能源項目等重大項目場區(qū)選址及后期建設(shè)運營提供新的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：機載LiDAR；傾斜攝影；場區(qū)地質(zhì)環(huán)境；工程建設(shè)；地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類號：P694""""" 文獻標(biāo)志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0086-04

Abstract： The Nayong area is a typical karst hilly terrain with dense vegetation and steep terrain. Traditional geological survey methods have certain difficulties and low work efficiency. This paper uses airborne LiDAR and oblique photography technology to obtain laser point clouds and five lens optical images of the site， generate high-precision digital elevation models （DEM）， digital surface models（DSM）， high-resolution three-dimensional model（3D-Model）， and other results， and macroscopically distinguish the geological environment of the site. At the same time， geological hazards under vegetation cover in the site are identified through small deformations. Based on comprehensive remote sensing technology， this study identified a total of 22 geological hazards such as landslides， 6 artificial slopes and 1 karst cavity， providing new technical support for the site selection and subsequent construction and operation of major project sites such as new energy projects in Nayong area.

Keywords： airborne LiDAR; oblique photography; geological environment of the site; engineering construction; geological disasters

近年來，工程建設(shè)期間場區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害事故時有發(fā)生。例如：2022年1月3日，貴州省畢節(jié)市金海湖新區(qū)歸化街道畢節(jié)市第一人民醫(yī)院分院培訓(xùn)基地項目在建工地山體滑坡；2023年7月9日，江蘇宜昌五峰縣長樂坪鎮(zhèn)在建工地山體滑坡等，以上事故呈現(xiàn)出隱蔽性強、突發(fā)性高、危害性大等特點。因此工程建設(shè)前期場地質(zhì)環(huán)境評價至關(guān)重要，但傳統(tǒng)的評價手段難以有效地識別出隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害隱患。為此，如何提高場區(qū)地質(zhì)環(huán)境評價的準確性，提前研判潛在的、隱蔽的地質(zhì)災(zāi)害隱患，從源頭防范地質(zhì)災(zāi)害安全事故發(fā)生，已成為工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的重點及難點工作。當(dāng)前，許強等[1]地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者面對日益突出的重大地質(zhì)災(zāi)害隱患識別難題，相繼提出地質(zhì)災(zāi)害“三查”技術(shù)體系、綜合遙感測量技術(shù)“形態(tài)、形變、形勢”（三形）地質(zhì)災(zāi)害隱患綜合判別與早期識別觀測體系[2]、“空-天-地-內(nèi)”滑坡協(xié)同觀測體系[3]。此外其他學(xué)者也相繼利用機載LiDAR及傾斜攝影技術(shù)輔助工程建設(shè)與運營。如鄭鵬等[4]將機載LiDAR技術(shù)應(yīng)用于抽水蓄能電站庫區(qū)巖溶識別中，結(jié)合室內(nèi)解譯與野外復(fù)核，查明庫區(qū)巖溶發(fā)育分布情況與分布規(guī)律，為庫區(qū)防滲建設(shè)提供有力支撐；趙博等[5]利用傾斜攝影測量技術(shù)構(gòu)建實景三維模型，開展北京城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害精細檢測調(diào)查。多源數(shù)據(jù)互補優(yōu)勢進一步提高了擬建工程場區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的精度，可有效地發(fā)現(xiàn)高位隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害隱患，服務(wù)于工程建設(shè)及后期運營。

1" 場區(qū)概況

場區(qū)位于貴州省畢節(jié)市納雍縣北部，距縣城約18 km，面積約10 km2，屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨量豐富，四季分明。地勢上場區(qū)中西部高，南、北、東三面低，最高點高程約1 587.07 m，最大高差258.91 m。地貌類型有侵蝕構(gòu)造地貌、溶蝕-侵蝕組合地貌兩種類型。地層上主要出露有三疊系中統(tǒng)（T2）白云巖，三疊系上統(tǒng)（T3）灰?guī)r，第四系（Q）沖積物（圖1）。

2" 數(shù)據(jù)獲取及處理

2.1" 數(shù)據(jù)獲取

本次機載LiDAR及傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取采用飛馬V10復(fù)合翼無人機作為載荷系統(tǒng)，該系統(tǒng)為垂直起降無人機系統(tǒng)，具備大載重、長續(xù)航的優(yōu)勢，可搭載多種模塊獲取不同類型數(shù)據(jù)，配合高精度差分GNSS板卡、網(wǎng)絡(luò)RTK/PPK及其融合解算，支持高精度POS空中三角測量，可實現(xiàn)免像控應(yīng)用。機載LiDAR模塊則為DV-LiDAR22激光雷達，傾斜模塊為D-OP4000（圖2），通過飛馬無人機管家規(guī)劃平飛航線，行高300 m，設(shè)計點云密度優(yōu)于50 pt/m2，設(shè)計影像分辨率為2.8 cm，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，飛行時速15 m/s。

2.2" 機載LiDAR數(shù)據(jù)處理

將激光數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)聯(lián)合解算出三維激光點云，經(jīng)行帶平差、去噪濾波、自動分類處理等步驟得到地面點云、植被點云與建筑物點云以及噪聲點。利用地面點云構(gòu)建0.2 m構(gòu)網(wǎng)間距的DEM成果，利用地面點云、植被點云與建筑物點云構(gòu)建DSM成果，同時基于同步光學(xué)影像構(gòu)建數(shù)字正射影像（DOM）成果，影像分辨率優(yōu)于10 cm，機載LiDAR 3D成果如圖3所示。

2.3" 傾斜數(shù)據(jù)處理

將機載POS數(shù)據(jù)與地面基站數(shù)據(jù)進行差分解算，獲得高精度的影像POS數(shù)據(jù)及外方位元素，并重命名使得影像POS數(shù)據(jù)與原始影像一一對應(yīng)，采用Context Capture傾斜攝影后處理軟件對影像進行區(qū)域網(wǎng)平差、多視影像密集匹配、三維TIN格網(wǎng)構(gòu)建和自助紋理映射等步驟獲得研究區(qū)實景三維模型成果（3D-Model）（圖4）。

3" 地質(zhì)環(huán)境遙感解譯

3.1" 解譯平臺構(gòu)建

基于skyline的三維場景構(gòu)建功能，聯(lián)合4D成果創(chuàng)建三維地質(zhì)解譯環(huán)境，在此三維解譯環(huán)境中開展相關(guān)地質(zhì)問題的多源數(shù)據(jù)綜合對比分析、地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害隱患解譯工作。

3.2" 解譯流程

綜合遙感解譯技術(shù)是以三維實景模型、三維地形數(shù)據(jù)、二維光學(xué)影像等多源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于地質(zhì)環(huán)境發(fā)育特征進行空間分析與微地貌識別，最終獲取研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境信息。遙感解譯是一個初步解譯—野外驗證—詳細解譯的綜合、反復(fù)的過程（圖5）。室內(nèi)解譯工作以機載雷達數(shù)據(jù)，光學(xué)影像分析成果為依據(jù)，室內(nèi)解譯主要采用以專家定性分析為主，初步解譯與詳細解譯相結(jié)合、室內(nèi)解譯與野外調(diào)查驗證相結(jié)合的工作方法。解譯時應(yīng)采用從已知到未知、從區(qū)域到局部、從總體到個別、從定性到定量，按先易后難、循序漸進、不斷反饋和逐步深化的方法進行工作。對于研究區(qū)附近，機載LiDAR與傾斜攝影未能獲取數(shù)據(jù)的區(qū)域，通過高精度衛(wèi)星光學(xué)影像獲取研究區(qū)總體地貌特征，尤其通過多時序衛(wèi)星影像進行分析，搜索大范圍區(qū)域可能存在的工程地質(zhì)問題。

4" 解譯成果

4.1" 巖性

基于傾斜成果與機載LiDAR成果分別對裸露區(qū)與植被覆蓋區(qū)地層巖性進行定量與定性分析。首先，基于數(shù)字高程模型（DEM）分析沉積巖的地層分界特征，由此確定該區(qū)域地質(zhì)沉積規(guī)律，并初步識別巖層界限。其次，基于實景三維模型（3D-Model）與數(shù)字正射影像（DOM）確定地層特征、植被發(fā)育、地貌陡緩變化，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖中給出的地層界限，綜合修定巖層分界線，最終解譯研究區(qū)出露地層為：第四系（Q）、三疊系上統(tǒng)二橋組（T3J1e）、三疊系上統(tǒng)法郎組（T3f）、三疊系中統(tǒng)楊柳井組（T2y）和三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段（T2g2）（圖6）。

4.2" 構(gòu)造

研究區(qū)大地構(gòu)造上屬于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)，斷裂與褶皺均較發(fā)育，構(gòu)造線方位變化較大。根據(jù)機載LiDAR遙感影像結(jié)合區(qū)域已有1∶20萬地質(zhì)資料，共修正6條已有斷層，解譯出推斷斷裂5條（f1—f5），其中f1為東西向斷裂，f2—f5為北西南東向斷裂。受斷裂影響研究區(qū)地層不連續(xù)，研究區(qū)中部三疊系法郎組（T3f4）、三疊系楊柳井組（T2y）、三疊系二橋組（T3J1e）地層被錯斷，研究區(qū)右側(cè)山脊受斷裂控制，可見連續(xù)錯斷現(xiàn)象，以及斷層成因負地形地貌（圖7），局部區(qū)域斷層破碎帶發(fā)育，影像上表現(xiàn)為巖石破碎，斷層兩側(cè)影響色調(diào)不一致。

4.3" 地質(zhì)災(zāi)害隱患

研究區(qū)地貌主要為侵蝕構(gòu)造山地和侵蝕-溶蝕溝谷，部分斜坡人為改造強烈，在極端天氣作用下可能會發(fā)生滑坡、崩塌等災(zāi)害，對當(dāng)?shù)厝嗣竦纳敭a(chǎn)造成威脅。此次地質(zhì)災(zāi)害隱患綜合遙感解譯共識別22處滑坡、6處人工邊坡及1處巖溶空洞，地質(zhì)災(zāi)害隱患及斷層分布如圖8所示。受自然和人為因素的綜合影響，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患類型較簡單，以滑坡為主，規(guī)模小，整體較為穩(wěn)定，部分滑坡平面形態(tài)呈“圈椅狀”，坡體變形跡象明顯，前緣鼓脹，后緣下錯形成臺坎。在極端天氣、地震及人類不當(dāng)?shù)墓こ袒顒佑绊懴?，可能會使坡體變形加劇，致使滑坡復(fù)活，威脅下方建構(gòu)筑物，需進一步現(xiàn)場復(fù)核驗證，同時加強監(jiān)測預(yù)警。

5" 結(jié)束語

工程建設(shè)場區(qū)地質(zhì)環(huán)境識別工作十分重要，特別是地質(zhì)災(zāi)害隱患的識別直接關(guān)系到項目建設(shè)期及運營期安全。研究地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識別方法，提升隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害識別能力具有重要意義。無人機機載LiDAR與無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠提供“去除”植被后的高精度三維地形數(shù)據(jù)，同時提供高分辨率的地表三維實景模型，實踐表明，融合無人機機載LiDAR與無人機傾斜攝影測量成果，可快速構(gòu)建三維解譯平臺，高效便捷地實現(xiàn)大面積工程建設(shè)場區(qū)地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害隱患識別，為工程建設(shè)前期勘察設(shè)計提供新的技術(shù)手段。

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