三维激光扫描技术在某地质灾害勘查中的应用

曹友贤

摘  要：在泥石流与危岩等地质灾害的勘查过程中，需要进行详细的地形图测量及仔细的工程地质测绘。传统的测量方法经常因为山高林密、地形复杂，难以获取准确的地形地貌资料及危岩体发育特征等信息，进而对泥石流沟道纵坡、物源判别及危岩体失稳模式、发展预测等产生不利影响。三维激光扫描技术通过激光反射，快速获取地面点云特征，得到所需的地质信息，可以获取传统测量无法得到的信息。该文以某地质灾害点勘查为例，诠释了三维激光扫描技术在地质灾害勘查过程中的方法与技巧，为类似的地质灾害勘查提供参考。

关键词：地质灾害;泥石流;危岩;三维激光扫描

中图分类号：P225                  文献标志码：A

1 项目背景

2017年8月8日21时19分46秒，四川省阿坝州九寨沟县发生里氏7.0级地震。受地震影响，九寨沟景区引发了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害，严重威胁景区游客及居民的生命、财产安全。其中中季节海泥石流位于九寨沟景区内中季节海附近，沟口位置坐标约为N33°05'42"，E103°55'14"，该灾害点包括泥石流、崩塌（危岩）等多种灾害。在进行基础资料收集的过程中发现，因为景区植被茂密，泥石流沟的地形圖测量工作难以顺利实施，传统方法测量得到的地形图资料难以反应沟道的真实情况，而且由于沟道内植被较好，地面调查人员对沟道内物源的调查与划分也比较困难。崩塌危岩区因危岩带较陡，垂直高差较大，人员难以攀登，而且危岩区节理裂隙非常发育，传统的罗盘、皮尺无法完全测量与统计准确，进而需要更为高效、准确的测量及分析方法。

2 三维激光扫描及解译

该灾点泥石流沟流域面积大，植被发育好，传统的地面测量需要大量的人力及时间，而且测量效果较差，该区域内危岩陡壁过于高陡，调查人员难以抵近测量，而且因该区域构造复杂，产状有一定变换性，使用传统的罗盘测量结构面具有一定的局限性。为了得到详细的地形图并查明崩塌范围内危岩带、危岩体发育特征，分析危岩带（体）稳定性，项目采用天眼激光科技有限公司研制的轻小型激光雷达系统SE-J1200B02三维激光扫描仪，同时结合加拿大依诺马软件出品的PolyWorks激光扫描点云数据处理集成软件，以及成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室的《结构面产状计算程序》，对崩塌范围内结构面的产状进行了解译。

2.1 扫描范围

该次勘查采用机载三维激光扫描仪对灾害点全流域及危岩带范围进行了详细的扫描。

2.2 扫描精度

SE-J1200B02三维激光扫描仪扫描距离最大可到2 000 m，扫描点密度可达30个/m2，单个点测距精度可达0.02 m，测量高程中误差可达0.1 m，平面中误差可达0.4 m，提取的数据信息最丰富，能够精确的获得地形图及危岩带的详细结构特征。

3 扫描数据处理

3.1 扫描数据预处理

扫描数据不仅有出露岩体的点云，而且也有坡表植被、积雪等干扰因素，因此，需要对扫描获得的数据进行预处理，即剔除干扰因素。尽量让地面信息及岩体或危岩体可见，方便进行沟道物源判别及危岩体几何尺寸的量测、剖面的获取及关键结构面产状的量测等。

3.2 地形图及地表信息

通过对数据的处理，可得到全流域1∶500精度的地形图（如图1所示），并且可得到区域内去除植被后的地面信息，可为泥石流沟道冲刷、堆积情况及沟道物源、岸坡堆积物源等地面调查提供可靠的参考（如图2所示）。

3.3 重要结构面产状量测

产状测量的原理是在该结构面上任选3个不共线的点，拟合生成一个平面，通过该平面的法向量求解结构面的产状，再分别查看每个面的属性，读取每个面的3个法向量值，利用成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室董秀军编制的《结构面产状计算程序》可计算每个平面的产状（如图3所示）。

通过软件分析及采集，可得到目标区域内出露的结构面产状，示例见表1。

4 数据的应用与分析

4.1 节理等密度图和节理玫瑰花图

根据危岩带结构面统计结果可做出该危岩范围内发育节理的等密度图和节理玫瑰花图（如图4，图5所示）。

4.2 结构面及其产状和主要特征分析

根据以上节理等密图及走向玫瑰花图并结合现场调查结果可以看出，各区岩体内主要发育的结构面及其产状和主要特征见表2。

4.3 稳定性分析及评价

根据结构面与坡面的组合关系，可做出优势结构面及坡面的赤平投影图，并结合现场调查结果，可对该区域内的危岩做出稳定性分析及评价。

5 结论

该文以某实际工程为基础，阐述了三维激光扫描技术在地质灾害勘查中的应用方法和效果，得出以下3点结论。1）三维激光扫描技术能够突破传统地形图测量手段的限制，可更快速准确地获取地形图资料，克服了全站仪、RTK等传统测量手段测量时间长、精度不足及部分区域人员无法到达等缺点。2）三维激光扫描技术补充了危岩调查过程中人为获取危岩变形特征信息不准确、不全面的不足，并且可以避免高陡危岩调查过程中人员的危险性。3）随着技术的发展，三维激光扫描技术在地质灾害勘查及治理等领域将有进一步发展，该文可为类似的工程提供参考。

参考文献

[1]董秀军，黄润秋.三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用[J].岩石力学与工程学报，2006（S2）：3629-3635.

[2]董秀军.三维激光扫描技术获取高精度DTM的应用研究[J].工程地质学报，2007（3）：428-432.

[3]黄江，石豫川，吉锋，等.三维激光扫描技术在高边坡危岩体调查中的应用与讨论[J].长江科学院院报，2013（11）：45-49.

[4]舒飞，蒋小勇，韩天培.三维激光扫描技术在地质灾害体测绘生产中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2015（1）：7-81.

[5]何秉顺，丁留谦，孙平.三维激光扫描系统在岩体结构面识别中的应用[J].中国水利水电科学研究院学报，2007（1）：43-48.

[6]闰利，崔晨风，张毅.三维激光扫描技术应用于高精度断面线生成的研究[J].遥感信息，2007，4（54）：54-56.