高精度倾斜摄影在高位滑坡灾害应急监测中的应用

2020-01-10王晓刚高飞云

四川地质学报 2019年4期

王晓刚，高飞云，杨磊，张舒，刘滔

（1.四川省核工业地质调查院，成都 610052；2.四川省川核测绘地理信息有限公司，成都 610052）

受多次强震影响，四川强震区内的地质结构、岩土结构及斜坡稳定性都受到影响，孕灾环境脆弱，极易发生高位滑坡地质灾害[1-6]。

地质灾害发生后，应急救援工作的及时性、有效性、安全性直接关系到受灾人民群众的生死存亡和地方人民政府的公信力，应急处置通常要求在数天甚至数小时内完成；应急调查要求更快、更高效[7-9]。

低空无人机遥感既能弥补卫星因天气、时间无法实时获取目标区遥感影像的空缺，受制于长航时、大机动、恶劣气象条件、危险环境等影响，为地面灾情解译提供丰富的数据源。为指挥组织救援工作确定受灾位置范围，了解灾区实情及时提供真实直观的图件和数据。目前，在灾害应急、灾情评估等领域得到较广泛应用。随着无人机遥感影像获取多样化，从单一正射影像图，到正射影像及倾斜摄影一体化，初步解决了二维影像识别中存在问题，建立的灾害体全景三维场景，突破了DOM 二维解译局限性，进一步提高了单体灾害解译的精度及准确度，极大程度的地降低了区域性多期数据获取的难度和成本[2-9]。

由于高位滑坡地质灾害常位于地形高差较大的沟谷斜坡，可视范围有限，高位灾害体难于涉足。采用小型无人机遥感航测系统，优化现场数据采集方案，利用便携式工作站，将大大提高单体灾害应急处置效率，可以实现在数小时内，提出应急调查结果，确定应急救援方案。

本文以2017年利用旋翼无人机遥感技术在茂县6·24地质灾害应急调查的实践为基础，分析总结了旋翼无人机遥感系统应急调查实施流程，关键技术方法等内容，较全面、系统地总结了一套基于旋翼无人机遥感的高位滑坡单体地质灾害应急调查方法，并在会东老君洞高位滑坡地质灾害应急中得到初步验证。

1 茂县6·24高位垮塌滑坡应急监测

2017年6月24日凌晨5时45分，四川茂县叠溪镇新磨村新村组富贵山突发高位垮塌，滑坡体滑落高差约1 250m，最大水平滑动距离2 800m，堆积体体积达1 637×104m3，造成约2km 河道被堵塞，62户83人死亡或失踪[10-12]。灾情发生后，紧急启动Ⅰ级特大型地质灾害险情和灾情应急响应。

6月25日上午八时，作者单位的航测应急小组采用八旋翼机无人机开展高精度倾斜航摄作业，因灾害区坡源顶部距底部高差达1118m，远超出旋翼机的飞行高度；无人机组采用三级梯度航测作业方式，完成了整体地面分辨率5cm的倾斜摄影数据采集。

1.1 旋翼机无人机设备情况

本次航测采用的是八旋翼无人机，搭载五镜头倾斜云台，具体参数指标如表1、表2。

1.2 航线规划

茂县高位滑塌滑坡后缘高程3 450m，前缘高程2 250m，高差1 200m，为高位单体地质灾害。固定翼起飞场地及作业条件有限，本次采用八旋翼无人机，发挥旋翼机机动性能，采用三梯级航测作业方式航测：第一梯级，起飞航高2 300m，航线高度2 978m，高差678m；搬运设备至2 550m 开展第二梯级航测，航高3 278m，高差728m；第三梯级航测起飞高程2 550m，航高3 656m，高差378m。各梯级航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%，保证了整体影像的分辨率达到5cm。

表1 八旋翼无人机相关技术参数

1.3 影像分析评估及决策建议

通过快拼正射影像，发现在坡源顶部西北角位置（海拔3 065m）有一条明显滑坡裂缝带，长近600m，最大裂缝宽26m，形成上下两个滑坡隐患区。滑坡体中部右侧发现一处不断扩大的渗水区，可能诱发次生灾害，险情严重，技术人员及时将影像判评结果、危险区和应急建议汇报给现场指挥部国土应急办。为领导小组现场抢险工作提供了重要决策依据。6月27日11时02分，该滑坡隐患体部分发生二次滑塌，由于人员己及时撤离，成功避免了人员生命财产的损失。

表2 倾斜五拼云台相关技术参数

2 会东老君洞高位滑坡隐患点应急监测

会东县淌塘镇老君洞村地灾隐患包括老君洞村2、3社石仓崩塌、老君洞村1社红泥岗滑坡、老君洞后山危岩、老君洞村通村公路坡面泥石流、老君洞村山顶裂缝等5处，该5处隐患点现处于欠稳定和易发状态，在降雨或地震等作用下极易发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害，严重威胁下方老君洞村196户，776人的生命财产安全。该隐患区后缘南东侧紧邻金沙江，发生高位垮塌或滑坡，存在阻断金沙江形成堰塞湖风险。

我单位航测作业组于2017年9月承担完成了老君洞村地质灾害范围7km2的倾斜摄影和高精度正射影像数据采集工作。

2.1 航线规划

老君洞地灾隐患区后缘高程2 863m，前缘金沙江高程750m，高差2 113m。属高位单体地质灾害类型。在固定翼起飞场地及作业条件受限情况下。采用八旋翼无人机梯级航测作业方式，自山顶向下至江面分为三个梯级航测：第一梯级：起飞海拔2 550m，航高3 200m，高差650m；第二梯级：起飞海拔2 550m，航高2 000m，高差550m；第三梯级：起飞航高2 550m，航线高度1 450m，高差1 100m；各梯级航测航向重叠度80%，旁向重叠度70%，保证了影像分辨率达到5cm。

茂县应急航线规划示意图

2.2 影像分析评估及决策建议

五处隐患点影像分析与评估如下：

老君洞村2、3社石仓崩塌：位于老君洞村2、3组红泥田和二斗种村民聚居点后山高陡斜坡，地面坡度30°～55°，局部大于65°，地形陡峻、高差较大。危岩区整体处于基本稳定状态、局部处于不稳定—欠稳定状态。

老君洞村1社红泥岗滑坡：位于老君洞村1组红泥岗一带，分布高程1 080～1 790m，前后缘最大高差710m。堆积体为崩坡积层。滑坡平面为长舌形，坡面坡度15°～35°。滑坡后缘下错，错落达十余米，两侧发育剪切裂缝，前缘直抵潘家大沟沟床，挤占潘家大沟明显向对岸偏移。滑坡体纵向长1 100m，横向宽300m，面积0.62km2，厚度20～60m，平均厚度40m，体积2 480×104m3，为巨型深层牵引式土质滑坡。

老君洞后山危岩：位于老君洞村老君洞后山，前缘分布高程1 600～2 000m，前后缘最大相对高差400m。危岩体位于陡崖，坡度70°～85°。可见至少4条纵向外倾裂缝，岩层层面倾向山体，卸荷裂隙发育；危岩体极易脱离基岩斜坡，偶有小危石坠落。危岩体纵向长150m、横向宽150m，高程200～240m，体积300×104m3，为特大型倾倒式危岩。

老君洞村通村公路坡面泥石流：位于老君洞村2组村民聚居点被西侧陡坡，公路弃渣顶部高程2100m，坡面泥石流汇入潘家大沟处高程1250～1560m，相对高差540～850m。

老君洞村山顶裂缝：在老君洞村2、3社后山坡顶位置发育两条张性大裂缝，为较早年间形成，两条裂缝平面首尾相接，累计长度大于240m、宽45～80cm、可见深度1.5～6m；缝内充填黏土和碎石块，局部无充填物、并可见水流渗入，平面形态呈齿状，剖面形态呈楔形，裂缝走向345°～165°，与山脊走向近于平行、产状近于垂直。

防治建议：采取简易监测与专业监测相结合的方法，对隐患点进行监测；强化宣传培训，提高群众识灾、防灾、避灾能力；提前备好应急物资和应急演练，确保发现险情，能及时联动应对，并安全撤离群众；加快安置房施工并完善相关手续，让村民早日搬离隐患点。

综上所述，针对面域较小灾害单体，采用旋翼机搭载倾斜云台，可克服场地条件差，高效获取高分辨率多源遥感数据，支撑科学决策；利用倾斜摄影技术构建全景真三维影像在单体灾害监测、灾害评估、应急救援决策，优势明显。