高精度傾斜攝影在高位滑坡災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

王曉剛，高飛云，楊 磊，張 舒，劉 滔

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610052；2.四川省川核測繪地理信息有限公司，成都 610052）

受多次強震影響，四川強震區(qū)內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖土結(jié)構(gòu)及斜坡穩(wěn)定性都受到影響，孕災(zāi)環(huán)境脆弱，極易發(fā)生高位滑坡地質(zhì)災(zāi)害[1-6]。

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)急救援工作的及時性、有效性、安全性直接關(guān)系到受災(zāi)人民群眾的生死存亡和地方人民政府的公信力，應(yīng)急處置通常要求在數(shù)天甚至數(shù)小時內(nèi)完成；應(yīng)急調(diào)查要求更快、更高效[7-9]。

低空無人機遙感既能彌補衛(wèi)星因天氣、時間無法實時獲取目標區(qū)遙感影像的空缺，受制于長航時、大機動、惡劣氣象條件、危險環(huán)境等影響，為地面災(zāi)情解譯提供豐富的數(shù)據(jù)源。為指揮組織救援工作確定受災(zāi)位置范圍，了解災(zāi)區(qū)實情及時提供真實直觀的圖件和數(shù)據(jù)。目前，在災(zāi)害應(yīng)急、災(zāi)情評估等領(lǐng)域得到較廣泛應(yīng)用。隨著無人機遙感影像獲取多樣化，從單一正射影像圖，到正射影像及傾斜攝影一體化，初步解決了二維影像識別中存在問題，建立的災(zāi)害體全景三維場景，突破了DOM 二維解譯局限性，進一步提高了單體災(zāi)害解譯的精度及準確度，極大程度的地降低了區(qū)域性多期數(shù)據(jù)獲取的難度和成本[2-9]。

由于高位滑坡地質(zhì)災(zāi)害常位于地形高差較大的溝谷斜坡，可視范圍有限，高位災(zāi)害體難于涉足。采用小型無人機遙感航測系統(tǒng)，優(yōu)化現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集方案，利用便攜式工作站，將大大提高單體災(zāi)害應(yīng)急處置效率，可以實現(xiàn)在數(shù)小時內(nèi)，提出應(yīng)急調(diào)查結(jié)果，確定應(yīng)急救援方案。

本文以2017年利用旋翼無人機遙感技術(shù)在茂縣6·24地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查的實踐為基礎(chǔ)，分析總結(jié)了旋翼無人機遙感系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)查實施流程，關(guān)鍵技術(shù)方法等內(nèi)容，較全面、系統(tǒng)地總結(jié)了一套基于旋翼無人機遙感的高位滑坡單體地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查方法，并在會東老君洞高位滑坡地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中得到初步驗證。

1 茂縣6·24高位垮塌滑坡應(yīng)急監(jiān)測

2017年6月24日凌晨5時45分，四川茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村新村組富貴山突發(fā)高位垮塌，滑坡體滑落高差約1 250m，最大水平滑動距離2 800m，堆積體體積達1 637×104m3，造成約2km 河道被堵塞，62戶83人死亡或失蹤[10-12]。災(zāi)情發(fā)生后，緊急啟動Ⅰ級特大型地質(zhì)災(zāi)害險情和災(zāi)情應(yīng)急響應(yīng)。

6月25日上午八時，作者單位的航測應(yīng)急小組采用八旋翼機無人機開展高精度傾斜航攝作業(yè)，因災(zāi)害區(qū)坡源頂部距底部高差達1118m，遠超出旋翼機的飛行高度；無人機組采用三級梯度航測作業(yè)方式，完成了整體地面分辨率5cm的傾斜攝影數(shù)據(jù)采集。

1.1 旋翼機無人機設(shè)備情況

本次航測采用的是八旋翼無人機，搭載五鏡頭傾斜云臺，具體參數(shù)指標如表1、表2。

1.2 航線規(guī)劃

茂縣高位滑塌滑坡后緣高程3 450m，前緣高程2 250m，高差1 200m，為高位單體地質(zhì)災(zāi)害。固定翼起飛場地及作業(yè)條件有限，本次采用八旋翼無人機，發(fā)揮旋翼機機動性能，采用三梯級航測作業(yè)方式航測：第一梯級，起飛航高2 300m，航線高度2 978m，高差678m；搬運設(shè)備至2 550m 開展第二梯級航測，航高3 278m，高差728m；第三梯級航測起飛高程2 550m，航高3 656m，高差378m。各梯級航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，保證了整體影像的分辨率達到5cm。

表1 八旋翼無人機相關(guān)技術(shù)參數(shù)

1.3 影像分析評估及決策建議

通過快拼正射影像，發(fā)現(xiàn)在坡源頂部西北角位置（海拔3 065m）有一條明顯滑坡裂縫帶，長近600m，最大裂縫寬26m，形成上下兩個滑坡隱患區(qū)。滑坡體中部右側(cè)發(fā)現(xiàn)一處不斷擴大的滲水區(qū)，可能誘發(fā)次生災(zāi)害，險情嚴重，技術(shù)人員及時將影像判評結(jié)果、危險區(qū)和應(yīng)急建議匯報給現(xiàn)場指揮部國土應(yīng)急辦。為領(lǐng)導(dǎo)小組現(xiàn)場搶險工作提供了重要決策依據(jù)。6月27日11時02分，該滑坡隱患體部分發(fā)生二次滑塌，由于人員己及時撤離，成功避免了人員生命財產(chǎn)的損失。

表2 傾斜五拼云臺相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2 會東老君洞高位滑坡隱患點應(yīng)急監(jiān)測

會東縣淌塘鎮(zhèn)老君洞村地災(zāi)隱患包括老君洞村2、3社石倉崩塌、老君洞村1社紅泥崗滑坡、老君洞后山危巖、老君洞村通村公路坡面泥石流、老君洞村山頂裂縫等5處，該5處隱患點現(xiàn)處于欠穩(wěn)定和易發(fā)狀態(tài)，在降雨或地震等作用下極易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害，嚴重威脅下方老君洞村196戶，776人的生命財產(chǎn)安全。該隱患區(qū)后緣南東側(cè)緊鄰金沙江，發(fā)生高位垮塌或滑坡，存在阻斷金沙江形成堰塞湖風險。

我單位航測作業(yè)組于2017年9月承擔完成了老君洞村地質(zhì)災(zāi)害范圍7km2的傾斜攝影和高精度正射影像數(shù)據(jù)采集工作。

2.1 航線規(guī)劃

老君洞地災(zāi)隱患區(qū)后緣高程2 863m，前緣金沙江高程750m，高差2 113m。屬高位單體地質(zhì)災(zāi)害類型。在固定翼起飛場地及作業(yè)條件受限情況下。采用八旋翼無人機梯級航測作業(yè)方式，自山頂向下至江面分為三個梯級航測：第一梯級：起飛海拔2 550m，航高3 200m，高差650m；第二梯級：起飛海拔2 550m，航高2 000m，高差550m；第三梯級：起飛航高2 550m，航線高度1 450m，高差1 100m；各梯級航測航向重疊度80%，旁向重疊度70%，保證了影像分辨率達到5cm。

茂縣應(yīng)急航線規(guī)劃示意圖

2.2 影像分析評估及決策建議

五處隱患點影像分析與評估如下：

老君洞村2、3社石倉崩塌：位于老君洞村2、3組紅泥田和二斗種村民聚居點后山高陡斜坡，地面坡度30°～55°，局部大于65°，地形陡峻、高差較大。危巖區(qū)整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)、局部處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。

老君洞村1社紅泥崗滑坡：位于老君洞村1組紅泥崗一帶，分布高程1 080～1 790m，前后緣最大高差710m。堆積體為崩坡積層。滑坡平面為長舌形，坡面坡度15°～35°。滑坡后緣下錯，錯落達十余米，兩側(cè)發(fā)育剪切裂縫，前緣直抵潘家大溝溝床，擠占潘家大溝明顯向?qū)Π镀啤；麦w縱向長1 100m，橫向?qū)?00m，面積0.62km2，厚度20～60m，平均厚度40m，體積2 480×104m3，為巨型深層牽引式土質(zhì)滑坡。

老君洞后山危巖：位于老君洞村老君洞后山，前緣分布高程1 600～2 000m，前后緣最大相對高差400m。危巖體位于陡崖，坡度70°～85°。可見至少4條縱向外傾裂縫，巖層層面傾向山體，卸荷裂隙發(fā)育；危巖體極易脫離基巖斜坡，偶有小危石墜落。危巖體縱向長150m、橫向?qū)?50m，高程200～240m，體積300×104m3，為特大型傾倒式危巖。

老君洞村通村公路坡面泥石流：位于老君洞村2組村民聚居點被西側(cè)陡坡，公路棄渣頂部高程2100m，坡面泥石流匯入潘家大溝處高程1250～1560m，相對高差540～850m。

老君洞村山頂裂縫：在老君洞村2、3社后山坡頂位置發(fā)育兩條張性大裂縫，為較早年間形成，兩條裂縫平面首尾相接，累計長度大于240m、寬45～80cm、可見深度1.5～6m；縫內(nèi)充填黏土和碎石塊，局部無充填物、并可見水流滲入，平面形態(tài)呈齒狀，剖面形態(tài)呈楔形，裂縫走向345°～165°，與山脊走向近于平行、產(chǎn)狀近于垂直。

防治建議：采取簡易監(jiān)測與專業(yè)監(jiān)測相結(jié)合的方法，對隱患點進行監(jiān)測；強化宣傳培訓，提高群眾識災(zāi)、防災(zāi)、避災(zāi)能力；提前備好應(yīng)急物資和應(yīng)急演練，確保發(fā)現(xiàn)險情，能及時聯(lián)動應(yīng)對，并安全撤離群眾；加快安置房施工并完善相關(guān)手續(xù)，讓村民早日搬離隱患點。

綜上所述，針對面域較小災(zāi)害單體，采用旋翼機搭載傾斜云臺，可克服場地條件差，高效獲取高分辨率多源遙感數(shù)據(jù)，支撐科學決策；利用傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建全景真三維影像在單體災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害評估、應(yīng)急救援決策，優(yōu)勢明顯。

3 結(jié)論

通過近年采用旋翼機搭載傾斜云臺在自然災(zāi)害應(yīng)急救援中應(yīng)用，有以下體會：

1）低空無人機航測遙感在自然災(zāi)害應(yīng)急救援中的作用越來越大，可以快速、高效提供災(zāi)后高精度、高分辨率DOM和DEM，降低現(xiàn)場調(diào)查人員的勞動強度和作業(yè)風險，提高災(zāi)害調(diào)查和災(zāi)情評估工作效率，提高災(zāi)害調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的時效性及可靠性。能較好地應(yīng)用于研究單體災(zāi)害動態(tài)演變規(guī)律的數(shù)據(jù)積累。

2）采用旋翼機搭載傾斜云臺，彌補了多發(fā)生在地形陡峭重大自然災(zāi)害或單體災(zāi)害，地勢高差較大，伴有雨或山間低云、霧等不良天氣影響，固定翼無人機航測受限于起飛降落凈空、航線敷設(shè)、飛行控制具有特殊要求的不足；多軸旋翼機機動靈活，優(yōu)勢明顯。

3）對面域較廣的重大自然災(zāi)害應(yīng)急工作，優(yōu)先采用垂直起降固定翼無人機開展地面分辨率0.1～0.2m的正射影像，對單體災(zāi)害優(yōu)先采用多軸旋翼機搭載傾斜云臺獲取地面分辨率0.05～0.07cm的DOM和全景真三維影像。更高分辨率的DOM和全景真三維影像；可為應(yīng)急救援決策提供科學的技術(shù)支撐。