黃佳璇 杜偉超 謝謨文

（1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院 北京100083；2.61206部隊 遼寧大連116023）

1 引言

邊坡的穩(wěn)定性分析［1］具有十分重要的現(xiàn)實意義，與人民的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)。邊坡的形成與地形有著密切的聯(lián)系，通過分析邊坡地形的屬性對邊坡穩(wěn)定性分析有著至關(guān)重要的作用。目前，GIS技術(shù)已成為邊坡穩(wěn)定性分析的一個重要的空間數(shù)據(jù)工具［2］。數(shù)字高程模型（DEM）被廣泛應(yīng)用于遙感技術(shù)中，是數(shù)字地形模型（DTM）的一個分支［3］。DEM是將連續(xù)的地表標(biāo)高用均勻分布的微小柵格單元來表示，一個柵格代表一個標(biāo)高值，即在柵格范圍內(nèi)用一個正方形平面代表一塊地表面。當(dāng)柵格單元足夠小時，這種柵格數(shù)據(jù)形式即可代表復(fù)雜的連續(xù)地表形變。然而這種均勻的網(wǎng)絡(luò)單元與實際的邊坡破壞單元及力學(xué)機制無任何聯(lián)系。因此，以邊坡單元為研究對象是合理的，更符合實際的破壞形式且與地形有著密切的關(guān)系［4］。如何準(zhǔn)確的根據(jù)地形數(shù)據(jù)劃分出邊坡單元并對邊坡單元屬性進行有效賦值是至關(guān)重要。本文通過Arc Map軟件對邊坡單元進行了劃分［5］，且對邊坡單元屬性賦值采用了改進方法，使得邊坡單元各屬性值的精度有了很大的提升。

2 邊坡單元劃分步驟

邊坡單元定義為一塊與鄰近區(qū)域具有明顯不同地形特征的區(qū)域，而地形的形成本身反映了地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件的長期作用效果。因此，選取邊坡單元為分區(qū)單元是合理的，且符合實際的地質(zhì)條件。從地形視覺上看，邊坡單元可以用特征地形線進行劃分。本文采用山脊線和匯水線來劃分，即一個匯水區(qū)的左右兩側(cè)各為一個邊坡單元。基于Arc Map軟件水文分析（Hydrology）模塊的具體劃分流程如圖1所示，并對每一步進行了詳細闡述。

（1）匯水線提?。簩EM柵格數(shù)據(jù)插值誤差引起的標(biāo)高極低的孤立柵格單元進行標(biāo)高填充處理。利用Arc Map軟件Hydrology模塊的fill sinks功能進行DEM的填洼處理。利用Flow direction功能，根據(jù)相鄰柵格單元地形標(biāo)高的大小提取出水流的流向，水流總是從地形高處向地形低處流動。最后用Flow accumulation功能，通過設(shè)置不同精度的水流匯集量得到不同精度的匯水線。

（2）山脊線提?。簽榱说玫焦鹊拙€，通過對DEM的反向處理得到一個與原地形相反的地形數(shù)據(jù)。在反向DEM中，原DEM的匯水線即為反向DEM的山脊線。該計算公式為：

R-DEM=DEM×（-1）+DEMmax

最后，采用與匯水線一樣的方式提取出山脊線。

（3）融合：通過對匯水線和山脊線數(shù)據(jù)集的聯(lián)合運算，便可得到邊坡單元數(shù)據(jù)集。但在此聯(lián)合運算過程中會得到很多面積很小的多邊形元素。本文運用Arc Map的Smoth功能，通過設(shè)置不同的參數(shù)大小，消除這些不合理的多邊形元素。最終得到與實際地形相吻合的邊坡單元。

本文以某邊坡為例，通過上述邊坡單元劃分方法得到該邊坡的邊坡單元劃分結(jié)果圖，如圖2所示。

3 邊坡單元屬性賦值

由于DEM是由柵格單元組成的，而邊坡單元是一個個不規(guī)則的多邊形。因此，在邊坡單元的邊緣柵格單元會被分解到兩個不同的邊坡單元中，這樣不利于邊坡單元的屬性提取與研究，大大的影響了邊坡單元屬性值的精度。以往的研究往往忽視和這些邊緣柵格單元劃分對邊坡單元的影響［6］。

對該邊坡利用Arc Map軟件的柵格轉(zhuǎn)點（raster to point）功能，輸入DEM 影像，就可將DEM中的柵格單元轉(zhuǎn)變成點單元，而每個點單元只會屬于某一個邊坡單元（如圖3）。將同一個邊坡單元內(nèi)的點單元賦予同一ID，并提取出每個相同ID的坡度值，坡向值和標(biāo)高等屬性。通過對一個邊坡單元內(nèi)所有點單元屬性值的統(tǒng)計分析，得到該邊坡單元的屬性值。該方法可以提高邊坡單元屬性的計算精度，從而提高邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測精度。

4 結(jié)論

本文詳細敘述了利用Arc Map軟件劃分邊坡單元的方法及過程，并以某邊坡為例對該方法進行了實際操作，得到了該邊坡的邊坡單元。同時，更大發(fā)揮了Arc Map軟件工具的功能，通過將DEM的柵格單元轉(zhuǎn)化成點單元的方法，有效降低了由于劃分柵格單元而引起的屬性值誤差。