張建新 錢罕林 何薇 王磊 張峰

摘? 要： 由于伊犁谷地特有的地質(zhì)環(huán)境和氣象水文特征，滑坡、泥石流等地質(zhì)災害頻發(fā)。無人機遙感技術(shù)具有能快速獲取高質(zhì)量、高分辨率遙感影像的特點，借助無人機遙感技術(shù)對新源縣阿爾善村山體滑坡進行現(xiàn)場掃描，通過采集滑坡后的地表三維點云數(shù)據(jù)獲取數(shù)字高程模型（DEM），同時運用柵格空間分析技術(shù)，將平滑前的DEM與平滑后的DEM進行柵格運算，定量計算出滑坡土方量為25 422.79 m3。研究成果為當?shù)氐牡刭|(zhì)災害風險評估、監(jiān)測預警、排查防治與指揮救援等提供客觀、詳實的數(shù)據(jù)資料。

關(guān)鍵詞：滑坡地質(zhì)災害;敏感性;無人機遙感;數(shù)字高程模型（DEM）;數(shù)字正射模型（DOM）

滑坡災害是新疆地質(zhì)災害主要災種之一，在新疆伊犁谷地廣泛發(fā)育。近年來，一些研究學者將遙感圖像和目視解譯相結(jié)合的方法廣泛應用到滑坡災害勘察中。該方法弊端是依賴判譯者的專業(yè)知識水平和經(jīng)驗，采用的數(shù)據(jù)多為中低分辨率的遙感影像，只能對大型滑坡進行判釋和定性分析，而對滑坡規(guī)模及危害程度無法進行定量分析，因此，很難達到工程建設和災害治理的要求[1-4]。由于無人機低空攝影測量的發(fā)展，其機動靈活、攜帶方便、分辨率高等特點，可獲取高精度的數(shù)字高程、數(shù)字正射模型等數(shù)據(jù)，在地質(zhì)災害監(jiān)測、信息提取、遙感解譯、應急救援和災情評估等方面具有巨大優(yōu)勢 [5-8]。

近年來，由于人類活動的日益頻繁，滑坡災害對交通、水利等工程建設帶來的危害日益加劇，對滑坡的監(jiān)測已成為許多工程項目開展前的必需工作。本文選取伊犁谷地新源縣阿爾善村作為研究區(qū)，通過無人機遙感監(jiān)測，獲取高精度數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對滑坡點進行監(jiān)測與分析，研究成果為當?shù)販p災防災和制定區(qū)域防災規(guī)劃提供客觀、詳實的依據(jù)。

1? 研究區(qū)概況

新源縣阿爾善村位于T字型山溝內(nèi)，北部為山區(qū)，南部為平原農(nóng)業(yè)區(qū)，地勢陡峭，且變化巨大，居民點延山溝分布（圖1）。測區(qū)高差較大，海拔最高1 800 m，最低1 300 m，高差約500 m，測區(qū)面積為3 km2。

2? 數(shù)據(jù)來源

本次遙感數(shù)據(jù)的獲取使用中科院QC-1型無人機（表1），由于設計航線時考慮到地形起伏大，且成像要求0.1 m分辨率正射影像，本次采用變高航線的方式進行航拍。

本次航拍采用“CGCS2000”坐標系，高程系統(tǒng)采用“1985國家高程基準”。由于山體滑坡監(jiān)測需要豐富清晰的紋理信息，航拍原片的地面分辨率應滿足1∶1000的要求，地面分辨率高于10 cm，航飛原片的地面分辨率為8 cm。

3? 滑坡監(jiān)測分析

3.1? 點云數(shù)據(jù)提取及分類

本次無人機獲取點云數(shù)據(jù)為小于5°的重疊點云，對其進行過濾，僅保留高精度點云數(shù)據(jù)。利用控制數(shù)據(jù)校正已拼接好的點云數(shù)據(jù)，測量的20個像控點數(shù)據(jù)全部用于平差，校正后點云與控制的中誤差均小于0.10 m [9-14]。

由于無人機獲取的點云數(shù)據(jù)是雜亂無章的點，需要對點云進行分類處理，從離散的點云中準確地提取地面與地物信息，從而為地質(zhì)災害分析提供更有效的信息。本文采用監(jiān)督分類法，以建立統(tǒng)計識別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本閾值設定訓練方法進行分類，通過選擇特征參數(shù)，求出特征參數(shù)作為決策規(guī)則，建立判別函數(shù)對分類影像進行圖像分類，從而實現(xiàn)對地面點、非地面點（建筑物、植被、水域等）的點云數(shù)據(jù)分類工作，測區(qū)點云分類后見圖2。黃色為分類后的地面點，綠色為建筑物、植被等非地面點。

3.2? 地形數(shù)據(jù)及分析

設置地形柵格分辨率1 m，分析發(fā)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)中的缺失部分可通過插值數(shù)據(jù)填充，從而創(chuàng)建實心的地形表面。測區(qū)地形北高南低，東西兩側(cè)為高山，中間為低谷，在海拔較低的山谷中分布居民點，最低點海拔1 388.18 m，最高點海拔1 651.74 m，測區(qū)高差263.56 m。

參照坡地分類將測區(qū)按0°～ 5°為緩坡區(qū)，5°～ 15°為緩斜坡區(qū)，15°～ 30°為陡坡，大于30°為地質(zhì)災害易發(fā)生區(qū)[15]。利用Arcmap軟件將空間坡度按照以上分類進行劃分。由于坡度變化率為坡度的二階導數(shù)，為無量綱值，可反映坡度的變化快慢，坡度較大且坡度變化率較大區(qū)域，初步判斷為易發(fā)地質(zhì)災害滑坡區(qū)域，在分級時，按照變化率值10°為一個區(qū)間，坡度陡且坡度變化快的地方高亮顯示（圖3）。

3.3? 空間分析

在遙感影像上矢量化出居民點分布區(qū)域，按照100 m的距離對居民區(qū)向外側(cè)做緩沖區(qū)。同時我們將坡度和坡度率進行二值化處理，當坡度大于30°，坡度變化率值大于30°，且位于居民區(qū)范圍內(nèi)100 m的區(qū)域內(nèi)為易發(fā)生地質(zhì)滑坡災害造成影響極大的區(qū)域（圖4）。

3.4? 定量分析滑坡土方量

選取重點區(qū)域進行定量滑坡量分析。在滑坡災害易發(fā)區(qū)內(nèi)選取的重點監(jiān)測區(qū)域（圖5-a），檢測區(qū)域9 581.09 m2，利用無人機航拍獲取的數(shù)字高程模型（圖5-b），將坡度大于30°的部分進行平滑（圖5-c），平滑后該研究區(qū)整體坡度不大于30°，運用柵格空間分析，將平滑前的DEM與平滑后的DEM進行柵格運算，取差值，最高滑坡點為7.79 m，值越高表示滑坡風險越高，負值代表會被填平的部分，滑坡土方量為25 422.79 m3。

4? 結(jié)論

本文利用無人機采集地質(zhì)災害隱患數(shù)據(jù)，通過獲取地質(zhì)災害區(qū)域及周邊數(shù)字高程模型，對可能發(fā)生滑坡的區(qū)域進行預測，并對滑坡方量進行了定量模擬。該方法能夠預測受災情況，大大縮短政府決策部門了解災區(qū)現(xiàn)場情況的時間，為地質(zhì)災害應急工作組迅速提出可行的應急救災方案提供幫助。

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