基于機載LiDAR與傾斜攝影技術的場區地質環境調查研究

摘" 要：納雍地區為典型的喀斯特丘陵地貌，植被茂密，地形陡峭，傳統地質調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，獲取場區激光點云和五鏡頭光學影像，生成高精度數字高程模型（DEM）、數字表面模型（DSM）、高分辨率三維實景模型（3D-Model）等成果，從宏觀上判別場區地質環境，同時通過微小變形查明場區植被覆蓋下地質災害隱患。此次研究基于綜合遙感技術共識別出22處滑坡、6處人工邊坡及1處巖溶空洞等地質災害隱患，為納雍地區新能源項目等重大項目場區選址及后期建設運營提供新的技術支撐。

關鍵詞：機載LiDAR；傾斜攝影；場區地質環境；工程建設；地質災害

中圖分類號：P694""""" 文獻標志碼：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，工程建設期間場區內地質災害事故時有發生。例如：2022年1月3日，貴州省畢節市金海湖新區歸化街道畢節市第一人民醫院分院培訓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在建工地山體滑坡等，以上事故呈現出隱蔽性強、突發性高、危害性大等特點。因此工程建設前期場地質環境評價至關重要，但傳統的評價手段難以有效地識別出隱蔽性地質災害隱患。為此，如何提高場區地質環境評價的準確性，提前研判潛在的、隱蔽的地質災害隱患，從源頭防范地質災害安全事故發生，已成為工程地質與地質災害領域的重點及難點工作。當前，許強等[1]地質災害領域專家學者面對日益突出的重大地質災害隱患識別難題，相繼提出地質災害“三查”技術體系、綜合遙感測量技術“形態、形變、形勢”（三形）地質災害隱患綜合判別與早期識別觀測體系[2]、“空-天-地-內”滑坡協同觀測體系[3]。此外其他學者也相繼利用機載LiDAR及傾斜攝影技術輔助工程建設與運營。如鄭鵬等[4]將機載LiDAR技術應用于抽水蓄能電站庫區巖溶識別中，結合室內解譯與野外復核，查明庫區巖溶發育分布情況與分布規律，為庫區防滲建設提供有力支撐；趙博等[5]利用傾斜攝影測量技術構建實景三維模型，開展北京城區地質災害精細檢測調查。多源數據互補優勢進一步提高了擬建工程場區地質環境調查的精度，可有效地發現高位隱蔽性地質災害隱患，服務于工程建設及后期運營。

1" 場區概況

場區位于貴州省畢節市納雍縣北部，距縣城約18 km，面積約10 km2，屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，雨量豐富，四季分明。地勢上場區中西部高，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（T2）白云巖，三疊系上統（T3）灰巖，第四系（Q）沖積物（圖1）。

2" 數據獲取及處理

2.1" 數據獲取

本次機載LiDAR及傾斜攝影數據獲取采用飛馬V10復合翼無人機作為載荷系統，該系統為垂直起降無人機系統，具備大載重、長續航的優勢，可搭載多種模塊獲取不同類型數據，配合高精度差分GNSS板卡、網絡RTK/PPK及其融合解算，支持高精度POS空中三角測量，可實現免像控應用。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劃平飛航線，行高300 m，設計點云密度優于50 pt/m2，設計影像分辨率為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數據處理

將激光數據、慣導數據及POS數據聯合解算出三維激光點云，經行帶平差、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。利用地面點云構建0.2 m構網間距的DEM成果，利用地面點云、植被點云與建筑物點云構建DSM成果，同時基于同步光學影像構建數字正射影像（DOM）成果，影像分辨率優于10 cm，機載LiDAR 3D成果如圖3所示。

2.3" 傾斜數據處理

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

3" 地質環境遙感解譯

3.1" 解譯平臺構建

基于skyline的三維場景構建功能，聯合4D成果創建三維地質解譯環境，在此三維解譯環境中開展相關地質問題的多源數據綜合對比分析、地質環境及地質災害隱患解譯工作。

3.2" 解譯流程

綜合遙感解譯技術是以三維實景模型、三維地形數據、二維光學影像等多源數據為基礎，基于地質環境發育特征進行空間分析與微地貌識別，最終獲取研究區地質環境信息。遙感解譯是一個初步解譯—野外驗證—詳細解譯的綜合、反復的過程（圖5）。室內解譯工作以機載雷達數據，光學影像分析成果為依據，室內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合、室內解譯與野外調查驗證相結合的工作方法。解譯時應采用從已知到未知、從區域到局部、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。對于研究區附近，機載LiDAR與傾斜攝影未能獲取數據的區域，通過高精度衛星光學影像獲取研究區總體地貌特征，尤其通過多時序衛星影像進行分析，搜索大范圍區域可能存在的工程地質問題。

4" 解譯成果

4.1" 巖性

基于傾斜成果與機載LiDAR成果分別對裸露區與植被覆蓋區地層巖性進行定量與定性分析。首先，基于數字高程模型（DEM）分析沉積巖的地層分界特征，由此確定該區域地質沉積規律，并初步識別巖層界限。其次，基于實景三維模型（3D-Model）與數字正射影像（DOM）確定地層特征、植被發育、地貌陡緩變化，結合區域地質圖中給出的地層界限，綜合修定巖層分界線，最終解譯研究區出露地層為：第四系（Q）、三疊系上統二橋組（T3J1e）、三疊系上統法郎組（T3f）、三疊系中統楊柳井組（T2y）和三疊系中統關嶺組二段（T2g2）（圖6）。

4.2" 構造

研究區大地構造上屬于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節北東向構造變形區，斷裂與褶皺均較發育，構造線方位變化較大。根據機載LiDAR遙感影像結合區域已有1∶20萬地質資料，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。受斷裂影響研究區地層不連續，研究區中部三疊系法郎組（T3f4）、三疊系楊柳井組（T2y）、三疊系二橋組（T3J1e）地層被錯斷，研究區右側山脊受斷裂控制，可見連續錯斷現象，以及斷層成因負地形地貌（圖7），局部區域斷層破碎帶發育，影像上表現為巖石破碎，斷層兩側影響色調不一致。

4.3" 地質災害隱患

研究區地貌主要為侵蝕構造山地和侵蝕-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生滑坡、崩塌等災害，對當地人民的生命財產造成威脅。此次地質災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，地質災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，區內地質災害隱患類型較簡單，以滑坡為主，規模小，整體較為穩定，部分滑坡平面形態呈“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、地震及人類不當的工程活動影響下，可能會使坡體變形加劇，致使滑坡復活，威脅下方建構筑物，需進一步現場復核驗證，同時加強監測預警。

5" 結束語

工程建設場區地質環境識別工作十分重要，特別是地質災害隱患的識別直接關系到項目建設期及運營期安全。研究地質災害隱患早期識別方法，提升隱蔽性地質災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能夠提供“去除”植被后的高精度三維地形數據，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，可快速構建三維解譯平臺，高效便捷地實現大面積工程建設場區地質環境及地質災害隱患識別，為工程建設前期勘察設計提供新的技術手段。

參考文獻：

[1] 許強，董秀軍，李為樂.基于天-空-地一體化的重大地質災害隱患早期識別與監測預警[J].武漢大學學報：信息科學版， 2019，44（7）：957-966.

[2] 葛大慶，戴可人，郭兆成，等.重大地質災害隱患早期識別中綜合遙感應用的思考與建議[J].武漢大學學報：信息科學版， 2019，44（7）：949-956.

[3] 許強，董秀軍，朱星，等.基于實景三維的天-空-地-內滑坡協同觀測[J].工程地質學報，2023，31（3）：706-717.

[4] 鄭鵬，魏星燦，李寧，等.無人機機載LiDAR技術在抽水蓄能電站庫區巖溶識別中的應用[J].測繪通報，2023（4）：121-127.

[5] 趙博，彭泊涵，王建楠，等.傾斜航空攝影測量技術在北京市高精細地質災害調查中的應用[J].北京測繪，2021，35（12）：1565-1571.