基于无人机倾斜摄影技术数据分析滑坡灾害与防治研究——以同德泽兴线尕干曲为例

基于无人机倾斜摄影技术数据分析滑坡灾害与防治研究——以同德泽兴线尕干曲为例

龚佳琪，谢江非，汪宇男，熊一尘，吴明政，王煜霞，李翠林

（衢州学院，浙江 衢州 324000）

摘  要：滑坡是自然灾害中常见且危险性较高的一种现象，对人类生命财产和生态环境造成巨大破坏。因此，对滑坡进行及时准确的监测和评估具有重要意义。传统的滑坡研究主要依赖于地面调查和遥感技术，但其存在一定的局限性。但是随着无人机技术的飞速发展,无人机低空数字摄影测量技术逐渐开始广泛应用,该技术所具有的数据获取效率高、运行成本低、响应速度快等优势迅速被各个行业所认可和接受。本文基于无人机倾斜摄影测量技术,结合同德泽兴线尕干曲滑坡调查案例研究地质灾害三维空间信息的识别与提取技术，分析滑坡的成因以及相关的防治研究。

关键词：无人机倾斜摄影；滑坡；三维建模；成因机理；防治措施

1引言

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。滑坡给人们的生活带来极大灾难，因此对滑坡区域进行监测已成为亟待解决的技术难题。测斜仪、GPS等监测设备可实现滑坡数据信息监测，但是这些监测设备只能采集点位位移数据，无法实现三维动态观测，在实际应用中存在一定的缺陷。随着科技的发展，无人机倾斜摄影技术的出现，为地质灾害监测提供了新的思路。崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害,具有爆发周期短、威胁性及破坏性显著、成因复杂等特点，通过无人机倾斜摄影及三维建模的方式可以做到时效性和直观性的有效统一。在突发地质灾害来难以提供灾情的动态监测和有效保障[1-2]。

本文以同德泽兴线尕干曲滑坡为例，通过无人机倾斜摄影建模，分析滑坡灾害的成因机理以及提出相应的防治措施。

2 研究区域与数据概述

2.1同德县概况

同德县，隶属于青海省海南藏族自治州，地处海南藏族自治州东南部，县域东与黄南藏族自治州泽库县、河南蒙古族自治县接壤，南隔黄河与果洛藏族自治州玛沁县相望，西与兴海县相邻，北与贵南县毗邻，居黄河流域上游。地处青海高原东北部，黄河九曲十八弯的第二个弯曲部，东南高，西北低，中部平坦，为滩地草原。县内最高海拔4671米，最低海拔2648米，平均海拔3660米。位于青海省东南部九曲黄河第二曲，属高原大陆性气候。大气稀薄，干旱少雨，光照时间长，太阳辐射强，气候温凉寒冷，气温年较差小、日较差大。春季干旱多风，夏季短促凉爽，秋季阴湿多雨，冬季漫长干燥。年平均气温0.4°C，年降水总量430毫米左右。。

2.2 数据获取及处理

研究区地形复杂、海拔高、相对高差大。利用DJI无人机，无人机搭载的相机型号为FC6310S，镜头焦距8.8毫米，像元尺寸0.00241毫米，CCD尺寸13.2 x 8.8毫米，设计航高80米。照片拍摄日期为2022年8月10日，感光值为100，照片分辨率5472×3468，共311张照片。

获得无人机航拍数据之后，将数据导入大疆智图、ContextCapture等三维软件，获得无人机航拍点位的二维地图。经过数据整合后，利用ContextCapture 软件对采集的数据进行处理。根据POS数据，进行空三计算，以完成三维模型、数字高程模型等产品的生产。从三维模型成果上看,基于无人机倾斜摄影技术生成的实景三维模型能将滑坡很好地展现出来。整个滑坡的空间位置、周围植被变化等都与实际环境一致，如图1所示。

图1 三维模型与滑坡地形剖面图

3 尕干曲滑坡特征分析

通过分析三维模型（图1），可以看到研究区域的尕干曲水系有两处发生了明显的滑坡，且皆位于水系西侧的区域。其中H1滑坡长度约为267.8m，高度为117.9m，H2滑坡长度约为152.9m，高度为52.4m。对比水系两侧发现，东侧为居住区及农业用地，西侧为自然区。同时西侧坡度较陡平均为29°，东侧坡度较缓平均为14°，如图1右图所示。

图2 H1滑坡平面图                    图3 H2滑坡平面图

从三维模型中可以看出，尕干区滑坡区地形H1、H2为斜坡状，平面图形态呈圈椅形，剖面呈折线形。滑坡主滑方向为东北方向，滑坡地区整体坡度19°-27°。滑坡趋势呈现前缘较缓，后缘较陡的形式。滑坡边界在地形地貌上表现明显,后缘以裂缝为界，滑坡南侧以基岩出露和山脊为界，滑坡北侧以地形陡缓变换为界，前缘以尕干曲为界。

尕干曲滑坡主要表现为由断层处向外延伸，呈扇形状。在H1滑坡处（图2），出现了两处断层，分别位于滑坡后缘以及与水系交汇处，两处坡度陡峭约为85°。在滑坡中部至前缘部分坡度放缓，滑坡走向主要由断层处向外扩散，断层1至断层2部分之间，长度142.2m，最宽处为136.5m，收口处为79.6m，滑坡主要呈现收缩状态。在断层2之后，长度236.7m，最宽处为157.9m，滑坡主要向东北部呈扇形状。在H2滑坡处（图3），出现了一处断层，由南向北延伸，大致平行与河流走向，位于滑坡后缘处一直延伸至水系交汇处，坡度70°-85°。滑坡主要走向为西南至东北，长度195.5m，宽度约为98.2m。

获取滑坡区域之后，为了研究两条滑坡的断面特征，在模型上分别选取了可以代表各条沟的一个点，并对其进行了测量，并获得了以下数据：H1滑坡测量点处，断层高差为26.39m，断层处与水系高差101.35m，距离229.65m，原始坡度23°，滑后坡度19.8°,如图4所示。H2滑坡测量点处，断层高差为43.68m，距离水系152.6m,原始坡度为16.8°，滑后坡度为27°，如图5所示。

图4 H1滑坡断面图5 H2滑坡断面

4 尕干曲滑坡成因机理

4.1降雨

同德地区气候属高原大陆性气候，处于我国的寒冷气候带干湿两季分明，降水集中于5一9 月降雨的集中出现，年降水量为420-570mm，其中5-9月份中平均月降水量约为92mm，月平均降水天数21天。同德县5-9月份的降水量远超过其他月份且降水集中，多暴雨天气。累计的降水量超过了当地的平均值导致易发滑坡等地质灾害[3-4]。

4.2地形地貌

地形地貌是影响滑坡灾害的重要因素之一。通常，只有具有一定坡度的斜坡才能产生滑坡。坡度、高差越大，松散物质越难以在坡面积累，滑坡位能越大形成滑坡的滑速越高。同德县尕干曲水系两侧坡度有明显区别，西侧坡度较陡平均为29°，东侧坡度较缓平均为14°，从滑坡模型上看，西侧滑坡处坡度为23°-27°，坡度明显的差距导致了研究区域西侧更容易发生滑坡[5-6]。

4.3植被因素与河流下切侵蚀

研究区域西侧坡体坡度较陡且属于高原大陆性气候，缺少植被覆盖，土壤疏松缺少支撑，在雨季过后土壤松弛，浸泡在水中的土壤不信支撑住山体，容易引发滑坡。河流冲刷也会导致滑坡，水下的沙土被冲刷会形成洞穴从而导致滑坡[7-8]。

5 尕干曲滑坡防治措施

根据上述分析尕干曲滑坡的成因及滑坡状态，滑坡的防治措施需要综合考虑地质、水文、土木工程等多方面因素。基于无人机倾斜摄影系统对同德县尕干曲的滑坡灾害进行的测量分析，提出以下几点防治措施，为该地区滑坡防治提供参考。

（1）排水工程：当边坡发生失稳，造成边坡滑动主要原因是跟水有关，包括地表水以及地下水活动。因此，在滑坡防治中往往首先要做的是排除地表水和地下水对坡体的作用，减少地表水对边坡岩体的冲蚀。对此可以采取的工程有截水沟和树枝状排水沟。

（2）抗滑挡土墙加固：在易滑坡区域设置挡土墙，抗滑挡土墙主要优势在于对于山体天然平衡破坏小，而且稳定滑坡体效率高。在一些小型或者中型边坡中，挡土墙可以单独使用，在一些大型边坡中，单独的挡土墙不能够满足设计要求，需要与其它的支护方式结合在一起使用。

6结语

由于人类生产工程建设引发的滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害严重威胁着居民的生命和财产安全。本文以尕干曲滑坡为例，结合无人机倾斜摄影技术，通过数据处理及成果分析，以三维建模的方式分析尕干曲滑坡特征，以及寻找滑坡的成因机理，最后提出防治措施，探索无人机倾斜摄影技术与地质灾害防治与灾后治理的可能。

参考文献

[1]郝靖.滑坡灾害的危险性评价与防治研究[J].安徽建筑,2023,30(11):145-147

[2]毛正君,李欢,石硕杰等.面向对象的无人机遥感影像区域滑坡承灾体信息提取研究[J].工程地质学报，1-17.

[3]董宏戈,徐跃,龙川等.无人机倾斜摄影在高生地滑坡灾害调查中的应用[J].测绘与空间地理信息,2023,46(08):209-211

[4]刘勐,苏俊武,薛洪文.无人机倾斜摄影在滑坡区域监测中的应用研究[J].自动化仪表,2023,44(09):87-91+96.

[5]孟永东,袁昌纬,田斌等.滑坡表面位移的无人机航测点云比对监测方法[J].测绘通报,2023,(05):1-8.

[6]强德霞,苟彦梅,张军伟等.基于实景三维模型对滑坡进行识别分析——以天水市元龙镇为例[J].黑龙江科学,2023,14(08):150-152+155.

[7]刘军,王磊.基于无人机倾斜摄影的黄土滑坡调查与危险性评价[J].水土保持通报,2023,43(02):139-147.

[8]郭琪璇,宋晓芳,杨礼朋.倾斜摄影测量在地质灾害调查中的应用[J].山西煤炭,2023,43(01):72-77.

 基金项目：本文系衢州学院2021年国家级大学生创新创业训练计划项目“地下综合管廊不均匀沉降多尺度监测预警技术研究”（项目编号：202111488010）研究成果。