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滑坡监测——滑坡体运动的可视化和量化

 
  
Miozza盆地位于卡尔尼亚---意大利东北部一个占地面积约10.7平方公里高寒地区。该区域的地质活动十分活跃。海拔高度从471米到2075米,平均坡度为33° ,最大坡度为77° 。该地区是典型的东北高寒气候,平均年降水量约2200毫米,有一个短暂的旱季。有高达94%的植被覆盖率,主要由林木(74%),灌木(10%)和山地草原(10%)组成,其余6%的面积主要是滑坡伤痕和没有植被的空旷区域。
选择Miozza盆地作为研究区域,是因为该地区已经显现出大量的滑坡伤痕,已经在地图上进行了标记,并且还有许多的局部测量,土地使用状况和来自各种渠道(包括机载LiDAR)的地质信息,以及许多的研究结果(Tarolli and Tarboton, 2006; Tarolli and Dalla Fontana, 2008)。在该区域中,已经被标记的滑坡伤痕的总面积为0.5平方公里,即占约4.7 %的Miozza盆地。滑坡伤痕区域的平均坡度为39°。在这些区域的大部分,特别是最大的那一块滑坡区,即分别位于盆地的前部和许多浅层滑坡所聚集的地方(图1,2)。滑坡的发生非常复杂,它并不由某一特定事件而引起的,它是一个不同活动的综合效应,包括短暂的倾盆大雨,长期的阴雨连绵,融雪,以及地质构造的活动。
2004年,由于山体滑坡,产生的泥石流沿着主要坡面流下,形成了该地区最大的滑坡区域。2003年11月使用机载激光雷达系统获取了覆盖了整个区域的LiDAR数据,该数据显示出了大滑坡恢复前的斜坡情况。如果采用地面激光扫描仪,能够大大降低数据采集的成本,但是由于当时的设备的射程短,无法在感兴趣区域进行远距离扫描。RIEGL最近刚刚推出的LMS-Z620是目前市场上第一款不仅具备了高精度和高速的数据采集功能,同时还能够对远达2,000米的目标进行扫描的激光扫描仪。测量活动是在2008年春天即雪融期之后进行的。图1显示了25厘米x 25厘的高分辨率数字高程模型,上面的纹理是通过安装在激光扫描仪上的校准过的数码相机获取的。
滑坡面是一个垂直高度为650米、水平方向长130米的区域。扫描仪到滑坡区域最远点的距离大约是1.2公里。通过RiSCANPRO的半自动过滤程序(RIEGL地面三维扫描仪的配套软件),首先将植被过滤掉。数字高程模型通过GPS测量(Z620上安装有GPS天线 )进行全球定位拼接,并且运用最佳配准功能对先前获取的LiDAR数据与地貌三维激光扫描仪的数据进行重叠区域的配准。通过RiSCANPRO的多站调整插件进行自动对准操作。
 
图1. 25厘米x 25厘的高分辨率数字高程模型 
 
一旦将这两个数据集互相配准,就可以进行大量的比较计算。图3给出了对于DEM进行截取-和充填-体积的效果示意图,数据是通过对来自2008年进行地面激光扫描比较后计算出来的。可见在左图的上半部分有大规模的物质损失(221.090立方米 ),而右图显示滑坡物质在较低区域的沉积(63.136立方米)。两者之间的体积差异可以给出一个滑坡物质损失的估计。Massari等人在2007年通过比较同一地区滑坡活动之前和之后的机载LiDAR所获取的数字高程模型( Massari等, 2007年)也获得了类似的结果。
 本文所报道的这些滑坡监测的应用案例是对采用地形地貌三维激光扫描仪和机载激光雷达所获取的DEM结果进行比较的首次报道。更多的研究还需要进一步深入开展,比如(1)对地面激光扫描仪和机载LiDAR的数字高程模型更详细的比较,以及开发出更多的应用领域的例子。(2)通过季节性地、周期性地进行野外地面激光扫描测量来量化滑坡运动。 (3)深入评估使用地面激光扫描仪所获取的高分辨率的数字高程模型应用于滑坡移动预测、应变和处理的应用前景。
 
 
 
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