堆积层滑坡的快速勘察成图方法技术

本发明专利技术涉及的是一种堆积层滑坡勘察成图方法，具体涉及一种滑坡灾害的快速勘察方法，基于堆积层滑坡的规范范围及堆积厚度初步认识的基础上，利用三维激光扫描仪和地质雷达，并结合GIS平台三维成图系统，进行密集、连续采集并成图。本发明专利技术通过用三维激光扫描仪量测地形图，结合地质雷达给出堆积层滑坡的连续剖面图，进而借助于GIS平台对堆积层滑坡进行综合成图，并对堆积层滑坡的稳定性进行评价。该方法不仅实现了滑坡体的精细三维成图，而且提高了堆积层滑坡勘察的速度及精度，同时可为滑坡灾害稳定性快速评价提供辅助决策。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种堆积层滑坡勘察成图方法，具体涉及一种滑坡灾害的快速勘察方法。
技术介绍
堆积层斜坡广泛分布于我国西南山区，这类斜坡由除黄土、粘性土以外的第四系松散堆积体构成。堆积体物质除残积、坡积、洪积、冲积、崩积等成因的砂砾石、含砾石或碎石土外，还包括填筑的路堤，有时具有不完整的层状或透镜体结构。这类斜坡多见于山前和河谷两岸,受岩土体差异性风化等特点影响，这类斜坡稳定性低、变形破坏模式复杂。汶川大地震引发了大量堆积层滑坡，因此传统的地质灾害调查工作方法难以实施,迫切需要一种快速、准确、方便的技术手段辅助工程地质勘测。然而，由于岩土体成因、赋存地质环境、演变历程等的差异，加之地震、降雨、人类工程活动等诸多不确定因素的影响，不同地区堆积层斜坡状态不一、各具特点。因此，将三维激光扫描仪技术和地球物理探测方法引入到堆积层滑坡勘察领域，使得提高了滑坡勘察成图的精度和速度，同时大大降低了勘察成本，使滑坡勘察向智能化和自动化的方向发展。目前，国内外将三维激光扫描技术结合地质雷达用于堆积层滑坡勘察成图的报道及文献较少，大部分报道都集中在用三维激光扫描仪进行滑坡地表位移监测，部分文献也记载了用地质雷达的手段来探测滑坡的滑动面深度。三维激光扫描技术对比各种测量手段和方法具有其独特的优势,它能够完整并高精度地重建扫描实物,快速获得原始测绘地形等三维数据。其每个三维数据都是直接采集目标的真实数据,使得后期处理的数据完全真实可靠,具有精度高、速度快、逼近原形等优点。但用于滑坡地表成图存在植被及岩土体差异等因素对测量精度的影响。因此，借助于点云滤波分析法，使之成为有组织的点云数据，以达到去噪、除去孤点和异常点，并降低植被对地形量测的影响。地质雷达(GPR)方法是一种对地下不可见的目标体或界面进行定位且具有高分辨率和效率等特点的电磁法勘探技术。现已广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、无损检测、水文地质调查及生态环境等众多领域。地质雷达由于使用了高频宽频带短脉冲及高速采样技术，其勘探分辨率高于其它物探手段。因此，在进行滑坡滑动面勘探时，应针对不同滑坡体堆积体厚度，采用不同测量参数及探头频率，调整主程测量参数。
技术实现思路
针对现有技术上存在的空白，本专利技术公开了一种堆积层滑坡的快速勘察成图方法。将三维激光扫描仪技术和地球物理探测方法引入到堆积层滑坡勘察领域，使得滑坡成图从传统的单点或单孔采集数据变为密集、连续、自动化程度高的快速采集成图方法。该方法不仅提高了采集信息量和降低了勘察成本，而且增加了成图的精度和速度，使滑坡勘察向智能化和自动化的方向发展。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：基于堆积层滑坡的规范范围及堆积厚度初步认识的基础上，利用三维激光扫描仪和地质雷达，并结合GIS平台三维成图系统，进行密集、连续采集并成图。具体的，堆积层滑坡的快速勘察方法，包括以下步骤：(1)已有勘查分析和仪器设备准备：主要包括勘察区域地形地质概括、降雨水文情况等；滑坡变形前后位置范围及岩土体物理力学参数等方面资料；三维激光扫描仪及地质雷达的准备；(2)三维激光扫描仪：基于滑坡变形前后范围的判译，通过多视点扫描，增益观测点，从而获取高密度点云数据。并借助于点云滤波分析法，使之成为有组织的点云数据，以达到去噪、除去孤点和异常点，并降低植被对地形量测的影响；(3)地质雷达：针对堆积体厚度不同滑坡体，采用不同野外测量参数及探头频率，调整主程测量参数，沿滑坡的纵向和横向布设探线和路径，在探测过程利用GPS在勘探线上进行测量，并对通过修正的地形提供可靠的剖面数据；(4)堆积层滑坡快速成图：经过三维激光扫描仪和地质雷达处理后的数据，在GIS平台进行进一步的后处理。利用GIS平台空间分析及数据管理的特点，通过ASCII码矢量化，差值生成滑坡勘察需要达到的精度要求，并结合地质雷达数据自动生成滑坡剖面图。进而,为滑坡灾害稳定性快速评价提供辅助决策。目前，堆积层滑坡成图大都采用水准测量结合钻探的方法，应用较为广泛。本专利技术通过用三维激光扫描仪量测地形图，结合地质雷达给出堆积层滑坡的连续剖面图，进而借助于GIS平台对堆积层滑坡进行综合成图，并对堆积层滑坡的稳定性进行评价。本专利技术提供的堆积层滑坡的快速勘察成图方法，基于堆积层滑坡勘察目的和各阶段快速勘察等级的要求，分析滑坡的地质、地形、降雨水位、岩土体特征及植被分布等情况，对滑坡勘察方法进行分析和优化选择，综合利用三维激光扫描技术和地质雷达技术的优点，给出堆积层滑坡快速勘察方法并实施，不仅可提高堆积层滑坡勘察成图的速度及精度，同时可为滑坡灾害稳定性快速评价提供辅助决策，使滑坡勘察向智能化和自动化的方向发展。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的坐标转换原理图；图3为本实施例的典型堆积层滑坡三维激光扫描图；图4为本实施例的典型堆积层滑坡滤波分析后成图；图5为本实施例的三维激光扫描仪探测原理；图6(a)为本实施例的典型堆积层滑坡快速勘察成图；图6(b)为本实施例的典型堆积层滑坡快速勘察成图；图6(c)为本实施例的典型堆积层滑坡快速勘察成图；图7(a)为本实施例的典型堆积层滑坡稳定性分析图；图7(b)为本实施例的典型堆积层滑坡剖面滑面位置；图8(a)为本实施例的堆积层滑坡频率稳定性系数；图8(b)为本实施例的堆积层滑坡概率；图8(c)为本实施例的堆积层滑坡稳定性系数具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本具体实施方式的方法流程图如图1所示，具体实施方式采用以下技术方案：在对堆积层滑坡灾害进行详细野外调查的基础上。利用3D扫描仪对滑坡堆积体微地貌进行了全方位扫描，为典型堆积层滑坡快速勘察平面图提供数据基础。三维激光扫描系统通过量测激光脉冲反射时间及在介质中传播速度，从而得出坐标距离d，可根据以下公式计算:d=vgt2=v0tξg2---(1)]]>式中：t为时间；vg激光在介质中传播速度；v0激光在真空中传播速度；ξg介质的激光特性参数。如图2，其获取扫描目标点云数据坐标原理是：记录扫描角度值α和纵向角度值θ，通过坐标转换，得到直角坐标方式表示的数据，由此可得到角点的三维坐标(X,Y,Z)的计算公式为：X=dcosθcosaY=dcosθsinaZ=dsinθ---(2)]]>通过点云滤波分析法，使之成为有组织的点云数据，以达到去噪、除去孤点和异常点，并降低植被对地形量测的影响，如图3。利用GIS平台空间分析及数据管理的特点，对滤波后数据通过ASCII码矢量化，建立典型堆积层滑坡平面图，如图4。地质雷达(GPR)是一种对地下不可见的目标体或界面进行定位且具有高分辨率和效率等特点的电磁法勘探技术。由于使用了高频宽频带短脉冲及高速采样技术，其勘探分辨率高于其它物探手段，地质雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由发射天线T发出，通过地面进入地下，经地下地层或目标体反射后返回地面，为接收天线R所接收，如图5。脉冲波行程需时：当地下介质中的波速v为已知时，可根据测得的时间t值(ns)，由上式求出反射体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
堆积层滑坡的快速勘察成图方法，其特征在于，包括以下步骤：基于堆积层滑坡的规范范围及堆积厚度初步认识的基础上，利用三维激光扫描仪和地质雷达，并结合GIS平台三维成图系统，进行密集、连续采集并成图。

【技术特征摘要】
1.堆积层滑坡的快速勘察成图方法，其特征在于，包括以下步骤：基于堆积层滑坡的规范范围及堆积厚度初步认识的基础上，利用三维激光扫描仪和地质雷达，并结合GIS平台三维成图系统，进行密集、连续采集并成图。2.根据权利要求1所述的堆积层滑坡快速勘察成图方法，其特征在于，具体包括以下过程：(1)勘察区域地形地质概括、降雨水文情况；收集滑坡变形前后位置范围及岩土体物理力学参数资料；(2)基于滑坡变形前后范围的判译，通过多视点扫描，增益观测点，获取高密度点云数据；并借助于点云滤波分析法，使之成为有组织的点云数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄栋，杨宗佶，乔建平，田宏岭，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51