《南太行资源枯竭城市地质灾害多模信息化关键技术及示范应用》

加快生态文明建设,实施美丽中国计划,实现绿水青山目标是国家重大战略。由于资源枯竭型城市矿产资源过度开发,矿区地质环境受到严重破坏,生态环境问题突出,因此,资源枯竭型城市的环境恢复治理已成为生态文明建设的重中之重。而环境恢复治理的关键是地质灾害空间分布探测、灾害程度评估与地质灾害预警。南太行资源枯竭型城市具有大起伏、非连续的地形特征,地质灾害种类多、分布广、隐蔽性强,传统的地质灾害监测与评估方法已不能满足该地区地质灾害精准调查的需要,为此,该项目经过多年的科技攻关,突破了无人机变航高摄影测量、InSAR监测数据三维分解、机载LiDAR地表沉陷不确定性分析、地质灾害评价体系构建、多模地质灾害信息的无障碍传输及信息化管理等关键技术,实现了资源枯竭型城市地质灾害要素的精准提取和合理评价,为南太行山水林田湖草生态保护修复决策的顺利实施提供了技术保障。

该项目主要创新如下:(1)建立了下垫面为连续曲面的新型航线规划方法,打破了传统航线设计中需根据高程划分航摄分区、将下垫面识为平面的技术滞枯,突破了无人机非量测相机变航高摄影测量的航线规划、变航高数据采集、高精度空中三角测量等一系列关键技术,实现了资源枯竭型城市大起伏、非连续等特殊地形条件下的地质灾害点坐标、高程及属性信息的准确快速提取。(2)突破了InSAR在大尺度上获取资源枯竭型城市大范围地质灾害位置、分布特征及生态环境变化信息,创新性提出了适用于资源枯竭型城市的综合D-InSAR与SBAS的地表形变监测方法,研制了InSAR监测数据三维分解处理系统,有效提高了InSAR监测资源枯竭型城市地表变形的精度。(3)构建误差表面相关模型,建立了基于贝叶斯估计的矿区地表形变信息提取方法;发展和实现了一种基于LiDAR点云数据法向量分析和曲率计算的建筑物顶面点云区域增长分割算法,设计了一套建筑物顶面轮廓线提取、规则化和再调整的方法流程,实现了基于机载LiDAR数据的建筑物三维模型快速重建,推动了机载LiDAR在中尺度上提取地质环境空间格局及对地表突发灾害进行监测、灾情评估技术的发展。(4)确立了南太行地质灾害空间分布特征,划定了耕地损毁、建筑物破坏和边坡失稳等三大地质灾害类别,以裂缝、下沉量、倾斜、水平变形等为评价因子,引入临界扰动指数,构建了资源枯竭型城市各类地质灾害评估技术和判别模式,利用模糊层次分析法,建立了南太行地质灾害的综合评价方法体系。(5)研发了便携式地质灾害野外采集系统,解决了地质灾害监测体系的坐标基准问题,实现了复杂、隐蔽地质灾害的快速定位、属性量化及可视化影像采集。研发了地质灾害管理系统,通过有线、无线、4G网络实现了多模地质灾害信息的无障碍传输及信息化管理,为地质灾害的分析、评估、预警及5G时代更高效快速的地质灾害信息获取奠定了坚实基础。

该成果首次解决了南太行资源枯竭城市地质灾害快速、大范围、针对性监测和评估的技术难题,系统性构建了该类地区地表形变监测技术理论和方法体系,建立了各类地质灾害评估技术和判别模式,研究成果整体达到国际先进水平。

项目研究成果已被河南省地矿局地矿二院、河南省航空物探遥感中心、河南省中纬测绘规划信息工程有限公司等12个单位采纳,广泛应用于焦作、新乡、鹤壁、济源、灵宝、邯郸等资源枯竭型城市的地质灾害环境监测与治理中,监测与治理面积达1200平方公里,探明地质灾害点1760余处,实现直接经济效益1.9亿元,间接经济效益10.37亿元,成果的推广应用,加快了南太行地区绿水青山战略目标的实现进程,改善了生态环境,促进了旅游资源开发,增加了当地经济收入,社会效益显著。

成果说明

项目研究成果①无人机变航高摄影测量、②InSAR监测数据三维分解、③机载LiDAR地表沉陷不确定性分析、④地质灾害评价体系构建、⑤多模地质灾害信息的无障碍传输及信息化管理等关键技术,已被河南省地矿局地矿二院、河南省航空物探遥感中心、河南省中纬测绘规划信息工程有限公司等12个单位采用,广泛应用于焦作、新乡、鹤壁、济源、灵宝、邯郸等资源枯竭型城市的地质灾害环境监测与治理中,完成了“焦作市马村区城区东部矿山地质环境回复治理勘察设计项目”、“中铝中州铝业有限公司冯营石灰石矿A采区+260及其以上边坡平台矿山地质环

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