机载激光雷达技术在崩塌调查识别中的应用——以奉节县李子崖危岩为例

Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2020, 10(7), 648-658

Published Online July 2020 in Hans. /journal/ag https:///10.12677/ag.2020.107064

文章引用: 谭德军, 王勇, 任世聪. 机载激光雷达技术在崩塌调查识别中的应用[J]. 地球科学前沿, 2020, 10(7): 648-658. DOI: 10.12677/ag.2020.107064

Application of Airborne Lidar Technology in Collapse Investigation and Identification

—A Case Study of Liziya Dangerous Rock in Fengjie County

Dejun Tan 1,2, Yong Wang 1,2, Shicong Ren 1,2

1Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing

2

Chongqing Geological Disaster Automatic Monitoring Engineering Center, Chongqing

Received: Jul. 9th

, 2020; accepted: Jul. 23rd

, 2020; published: Jul. 30th

, 2020

Abstract

Fengjie County is located in Sichuan basin and basin edge mountainous transition zone. The land-form of Fengjie County is mainly mountainous and geological disasters happen frequently. It is dif-ficult for traditional measurement methods to effectively recognize mountain collapse areas in such complex mountainous areas. In this paper, airborne lidar technology is used. Airborne lidar has a certain degree of penetrability, which can penetrate certain clouds and vegetation to obtain ground information. Ground point position data are extracted from the data collected by lidar, and accurate digital elevation model (DEM) is generated. Then the corresponding terrain factor is ob-tained through DEM data, and the recognition of mountain collapse area is realized by combining with the feature analysis of collapse body. The comprehensive experimental results show that the airborne laser radar technology has a good effect on the identification of collapse zone in complex mountainous areas and can replace traditional remote sensing to enter into production under cer-tain conditions.

Keywords

Collapse, Airborne Laser Radar, Digital Elevation Model, Feature Analysis

机载激光雷达技术在崩塌调查识别中的应用

——以奉节县李子崖危岩为例

谭德军1,2，王 勇1,2，任世聪1,2

1重庆地质矿产研究院，重庆

2

重庆市地质灾害自动化监测工程中心，重庆

收稿日期：2020年7月9日；录用日期：2020年7月23日；发布日期：2020年7月30日

谭德军 等

DOI: 10.12677/ag.2020.107064 649

地球科学前沿

摘 要

奉节县位四川盆地和盆边山地过渡地带，地貌以山地为主且地质灾害频发，传统的测量方法难以在此类复杂山区里快速有效地识别山体崩塌区域。本文使用了机载激光雷达技术，机载激光雷达具有的一定程度的穿透性，可穿透一定的云雾和植被，获取到地面信息，通过使用激光雷达采集到的数据，提取出地面点位数据，生成精确的数字高程模型(DEM)。继而通过DEM 数据获取相应地形因子，结合对崩塌体的特征分析，实现对于山体崩塌区域的识别。综合实验结果表明，机载激光雷达技术在对复杂山区崩塌区域识别上有较好的效果，可在一定条件下替代传统遥感进入生产。

关键词

崩塌，机载激光雷达，数字高程模型，特征分析

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1. 引言

由于地质条件的复杂性和区域地理环境的巨大差异性，我国的地质灾害问题历来较为严重。山体崩塌作为发生率较高的地质灾害，其发生时间极快，且具有发生时间和地点的不确定性，对于人民的生命以及财产安全造成了极大的威胁[1]。中国“十一五”国家科技支撑计划项目《重大地质灾害监测预警与应急救灾关键技术研究》也突出了以遥感技术等进行地质灾害的识别问题。因此，实现快速准确的崩塌区域识别，对于推进国家经济发展和防灾减灾有重要意义。

机载激光雷达(light detection and ranging, LiDAR)作为一种新兴的遥感技术，因其拥有较高的穿透性可透过云层和植被获取地表信息，因此常被用于进行地质勘测。作为近些新兴的遥感测量技术，与传统的光学遥感相比，机载激光雷达的数据采集方式能够很大程度减少地物影响，获得高精度的地面数据[2]，精确地表达地形地貌特征，因此也被用来制作高精度的数字地形图。近些年，美国地质调查局及欧空局等机构开展了通过LiDAR 进行滑坡地质灾害的识别研究[3]，通过LiDAR 数据生成的DEM 数据结合灾害的地面数字特征，实现灾害区域的识别。并在之后陆续有研究LiDAR 数据下的不同DEM 数据分辨率对于识别效果的影响[4]，以及通过不同地形因子(坡度、坡向、曲率和粗糙度等)实现滑坡崩塌区域的识别[5]，并使用LiDAR 数据的数字地形数据，进行滑坡崩塌区域的地质评估研究[6]。近些年对于LiDAR 技术的广泛应用已经证明了该技术优势和潜力。

针对奉节县李子娅山区复杂地质条件下危岩崩塌调查识别困难，本文提出利用无人机机载激光雷达快速获取高精度地貌信息，建立高精度DEM 并提取地形因子，分析崩塌区域地形特征，实现对崩塌范围快速精准识别。

2. 研究区概括

2.1. 研究区总体概况

奉节县地处四川盆地和盆边山地过渡地带，地貌基本以山地和丘陵为主，境内地势起伏较大，总体东南高而西北低，层状地层发育，地貌类型复杂多样，山地面积广大。地质构造较复杂，在地层岩性、