高精度傾斜攝影在高位滑坡災害應急監(jiān)測中的應用

王曉剛，高飛云，楊 磊，張 舒，劉 滔

（1.四川省核工業(yè)地質調查院，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)內的地質結構、巖土結構及斜坡穩(wěn)定性都受到影響，孕災環(huán)境脆弱，極易發(fā)生高位滑坡地質災害[1-6]。

地質災害發(fā)生后，應急救援工作的及時性、有效性、安全性直接關系到受災人民群眾的生死存亡和地方人民政府的公信力，應急處置通常要求在數天甚至數小時內完成；應急調查要求更快、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，為地面災情解譯提供豐富的數據源。為指揮組織救援工作確定受災位置范圍，了解災區(qū)實情及時提供真實直觀的圖件和數據。目前，在災害應急、災情評估等領域得到較廣泛應用。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)域性多期數據獲取的難度和成本[2-9]。

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

本文以2017年利用旋翼無人機遙感技術在茂縣6·24地質災害應急調查的實踐為基礎，分析總結了旋翼無人機遙感系統(tǒng)應急調查實施流程，關鍵技術方法等內容，較全面、系統(tǒng)地總結了一套基于旋翼無人機遙感的高位滑坡單體地質災害應急調查方法，并在會東老君洞高位滑坡地質災害應急中得到初步驗證。

1 茂縣6·24高位垮塌滑坡應急監(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]。災情發(fā)生后，緊急啟動Ⅰ級特大型地質災害險情和災情應急響應。

6月25日上午八時，作者單位的航測應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的傾斜攝影數據采集。

1.1 旋翼機無人機設備情況

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，為高位單體地質災害。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 八旋翼無人機相關技術參數

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)?；麦w中部右側發(fā)現(xiàn)一處不斷擴大的滲水區(qū)，可能誘發(fā)次生災害，險情嚴重，技術人員及時將影像判評結果、危險區(qū)和應急建議匯報給現(xiàn)場指揮部國土應急辦。為領導小組現(xiàn)場搶險工作提供了重要決策依據。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的損失。

表2 傾斜五拼云臺相關技術參數

2 會東老君洞高位滑坡隱患點應急監(jiān)測

會東縣淌塘鎮(zhèn)老君洞村地災隱患包括老君洞村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、泥石流等災害，嚴重威脅下方老君洞村196戶，776人的生命財產安全。該隱患區(qū)后緣南東側緊鄰金沙江，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災害范圍7km2的傾斜攝影和高精度正射影像數據采集工作。

2.1 航線規(guī)劃

老君洞地災隱患區(qū)后緣高程2 863m，前緣金沙江高程750m，高差2 113m。屬高位單體地質災害類型。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?；缕矫鏋殚L舌形，坡面坡度15°～35°?；潞缶壪洛e，錯落達十余米，兩側發(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對岸偏移?；麦w縱向長1 100m，橫向寬300m，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°?？梢娭辽?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、橫向寬150m，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、防災、避災能力；提前備好應急物資和應急演練，確保發(fā)現(xiàn)險情，能及時聯(lián)動應對，并安全撤離群眾；加快安置房施工并完善相關手續(xù)，讓村民早日搬離隱患點。

綜上所述，針對面域較小災害單體，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據，支撐科學決策；利用傾斜攝影技術構建全景真三維影像在單體災害監(jiān)測、災害評估、應急救援決策，優(yōu)勢明顯。

3 結論

通過近年采用旋翼機搭載傾斜云臺在自然災害應急救援中應用，有以下體會：

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

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害或單體災害，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、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害應急工作，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；可為應急救援決策提供科學的技術支撐。