泥石流沟谷地形的机载激光雷达点云滤波算法对比

为探究不同滤波算法对泥石流沟谷复杂地形机载激光雷达点云数据处理的普适性,选取昆明市东川区大白泥河沟作为研究区,采用改进的渐进加密三角网滤波(IPTDF)、布料模拟滤波(CSF)、基于坡度的滤波(SBF)3种常用滤波算法对研究区内的15个样本机载激光雷达点云数据进行滤波试验,结合国际摄影测量和遥感学会提出的交叉表评价体系对滤波的结果进行量化分析,探究坡度、植被覆盖度两类因素与滤波精度之间的关系.结果表明,当地形平坦、坡度较小时(样本1、2、6、7、10),IPTDF、SBF和CSF算法的平均总误差分别为8.73%、8.81%、8.90%,数值上十分接近,3种算法都能达到分类地面点的目的,当地形复杂,坡度较大时(样本5、8、9、12、14),IPTDF、SBF和CSF算法的平均总误差分别为13.4%、36.4%、30.2%,CSF与SBF算法在地形复杂的陡壁区域精度较低,IPTDF算法平均总误差远低于其他两种算法,能够很好地适应泥石流沟谷的复杂地形地貌特征;研究区内坡度和植被覆盖度呈显著正相关,坡度和植被覆盖度对CSF和SBF的误差影响较为明显,各算法Ⅰ类误差和总误差整体上随着坡度的增大而增加,且在植被覆盖度近似的样本内,坡度越大的区域各算法总误差也越大.

基于信息熵理论的泥石流沟谷危险度评价

泥石流沟谷是一个复杂的地貌系统,有其发生、发展和衰退的过程。文章从系统科学和地貌学的角度出发,运用了能综合表述地貌演化特征的因子-地貌系统信息熵对泥石流沟谷进行危险度评价,研究以昆明市东川城区后山深沟、石羊沟和尼姑拉沟为试点,对各泥石流沟的信息熵进行了计算。结果表明,深沟和石羊沟的地貌信息熵值分别为0.124和0.174,泥石流沟谷正由发育的中年末期向老年期演化;尼古拉沟的信息熵值为0.246,正处于沟谷发育的旺盛时期,计算结果与当地实际情况有较好的一致性。

不同采集模式的泥石流沟谷点云空间配准处理技术

选择东川大白泥河沟为施测对象,分别采用基于独立站点和基于GPS站点的点云采集模式,进行多测站点云数据采集,对2种不同采集模式下获取的点云进行配准技术处理及精度比较分析.结果表明,基于GPS站点采集模式下的点云空间配准处理精度总体要好于独立站点,原因是GPS站点采集模式在每一站点扫描采集点云时,内置GPS站点定位坐标实质上已初步完成对多测站间点云数据的统一坐标体系构建,因此内业配准处理中可避免基于独立站点采集模式下点云配准中存在的同名点对点位误差的影响.基于GPS站点采集模式优势明显,可为泥石流沟点云数据的地面三维激光扫描技术采集与配准提供实用技术参考,有利于推动泥石流沟精确监测与预警技术应用发展.

西藏帕隆藏布泥石流沟谷纵剖面形态统计分析

沟谷纵剖面形态既表征暴雨泥石流发育的地貌条件 ,又与水动力相关 ,是影响泥石流发肓的重要因素。西藏帕隆藏布是典型的冰川泥石流区 ,其干流然乌至迫龙段右岸分布 5 9条各类泥石流沟。统计分析表明 ,从帕隆藏布下游段向上游段 ,这些泥石流沟谷纵剖面形态有由下凹抛物线形向上凸抛物线形演变的趋势 ,形态指数N有由大变小之趋势 ,反映帕隆藏布河谷地貌演化溯源传递的进程。按特大型、一般性、潜在型泥石流沟的顺序 ,有纵剖面形态由凹至凸、N值由大至小的总体趋势 ,反映泥石流活动性与纵剖面形态的关系。冰雪融水型泥石流与雨水型泥石流相比 ,N值较小 ,纵剖面形态偏凸 。

怀柔县泥石流沟谷危险度FUZZY评判

本文运用灰色关联度分析、模糊综合评判方法，将怀柔县十七泥石流沟危险度划分为四个等级，并对每一等级泥石流沟的防治提出建议。

镜铁山矿区泥石流沟谷的发展趋势及防治对策

镜铁山矿区具有泥石流形成发育的基本条件,根据矿区内黑沟北沟、小桦树沟、大桦树沟及火药库沟等4条主要沟道泥石流沟谷的形成条件和发育特征,分析了泥石流的发展趋势及危害性,以黑沟南沟泥石流工程治理为例,探讨了矿区泥石流综合防治对策。

面向东川复杂山地泥石流沟谷三维地形建模及特征分析的无人机遥感探测应用研究

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像数据处理,构建研究区三维地形模型,得到数字正射影像(Digital Orthophoto Map,DOM)、数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)和高密集匹配点云。利用PhotoScan软件中的不规则三角网渐进加密技术对点云数据进行处理,得到0.5 m分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)。结合ArcGIS和Cloud Compare中的相关地形分析模块,实现对该段泥石流沟谷地区的地形特征分析。基于无人机遥感的泥石流沟谷地形建模及特征分析研究中采用的技术路线和方法,对于定性、定量探测高原复杂山区地质灾害及其监测、防治等具有重要实证案例参考价值与实践指导意义。

大规模沟谷型泥石流成因与减灾启示——以黑水县谷汝沟“7·14”泥石流为例

沟谷型泥石流具有谷坡陡峻、相对高差大、沟道坡度大等特点,往往形成大规模的泥石流灾害。2021年7月14日20时许,黑水县谷汝沟发生大规模泥石流灾害,造成直接经济损失3300万元。为提高和完善泥石流灾害的预测预警手段与减灾水平,以沟谷型泥石流谷汝沟“7·14”泥石流为典型研究对象,通过现场勘察、模型计算、流域地貌信息熵和气象分析等方法,揭示谷汝沟“7·14”泥石流特征,分析其成因,预测其未来发展趋势。结果表明:谷汝沟“7·14”泥石流容重为1.83g/cm3,属于黏性石流,平均流速为11.2m/s,泥石流峰值流量达到991.2 m3/s;流域处于壮年偏幼期的地貌发育阶段,为谷汝沟“7·14”泥石流暴发提供了充足的动力势能条件,49.7mm的日降雨量是泥石流的激发因素;根据灰色灾变预测模型,谷汝沟将在2027年、2034年、2042年暴发泥石流灾害。研究成果有助于完善沟谷型泥石流的预测预警,可为其他地区泥石流防灾减灾提供参考。

低频性沟谷型泥石流水动力学冲蚀启动机制及动态监控

位于浙江省西部衢北地区的杨家泥石流是典型的水体冲蚀形成的低频性沟谷型泥石流。结合杨家泥石流所处的地质环境背景,首先在分析其分区特征、类型和成因机制,评价泥石流易发性及危害程度的基础上,利用统计分析方法确立暴雨强度指标;然后采用力学计算和极限平衡分析理论,构建强降雨作用下冲沟水动力学冲蚀启动模型,确定临界径流深度;再构建降雨—泥水位—流量相结合的递进式分层次综合预警体系;最后于2012年10月在杨家泥石流冲沟开展单沟泥石流远程自动化监测网络体系建设,实施远程监测控制和预警。研究表明:杨家泥石流冲沟呈小流域封闭状,汇水区、形成—流通区和堆积区分区特征明显,杨家泥石流是由特大暴雨激发的、低频的、一次性爆发规模为小型的稀性水石流,为中易发泥石流;冲沟形成区松散物源地表径流深度超过1.0 m时,处于临失稳状态,松散物质易被冲刷侵蚀,可将此临界径流深度作为是否冲蚀启动泥石流的有效判据,并结合暴雨强度指标(R<2.8)和泥石流洪峰流量(Q_(d)=31.83 m^(3)/s)确定泥石流综合预警指标;监测期间(2012-10-26—2022-10-10)研究区最大降雨发生于2019-06-19,经计算R=2.4<2.8,冲沟区处于安全雨情,沟道泥水位未达到地表径流的警戒限值,不具备泥石流形成启动的水动力条件,沟内流量(最大值为1.70 m^(3)/s)正常,未达到洪峰流量,未有泥石流发生或沟道堵塞等不良现象,此期间冲沟区较为稳定,再次发生泥石流的可能性小。建立以水动力学冲蚀启动特征参数为主的综合监测网络体系,可作为低频性沟谷型泥石流系统防灾控制的技术方法。

沟谷型泥石流特征参数的等代面积递归精细求解

为解决“沟谷型”泥石流在不规则断面处特征参数的精细求解问题,笔者以曼宁公式为基础,建立“等代”面积递归逼近的数学模型,实现了最深泥位、流体速度、威胁范围的求解计算,其结果比较符合实际。利用该模型在豫西某泥石流受威胁对象段任取10个断面进行研究分析:①计算出10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇等降水概率工况下最深泥位、流速、行洪断面大小,研究其随雨强大小的演变规律。②定量分析了各断面泄洪能力强弱。③结合泥石流强度判定标准对所选区域进行危险度分区,划分了极高危险区、高危险区、中危险区、低危险区。该模型不仅可以为预测泥石流各项指标提供基本参数,而且可为灾害防治提供科学依据。研究成果对泥石流的精细化防治方面具有重要支撑作用。

浅层滑坡诱发沟谷型泥石流快速识别方法研究

浅层滑坡汇集形成的沟谷型泥石流具有突发性和破坏力强等特点,往往会造成巨大的人员伤亡和经济损失。减少泥石流造成损失的最有效途径是尽早发现、快速识别地质灾害潜在点。以福建省浅层滑坡诱发的沟谷泥石流为研究对象,选取沟床纵比降(J)、流域面积(A)和地形综合值(T)作为沟谷泥石流的识别因子,在已有的预警方法基础上,通过分析沟谷型泥石流的地形特征,提出了快速识别浅层滑坡诱发沟谷型泥石流的指标参数模型,并采用多个地区的易发性沟谷进行了精度评估。结果表明:该模型识别的结果和实际情况吻合度高,覆盖率达89%以上;当流域满足A≥0.03 km^(2),J≤0.42,且T≥0.28的条件时,滑坡物质易导致沟谷泥石流的发生。所提出经验模型所需的数据是易于测量的地形参数,可简单快速地识别潜在浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流,为泥石流预警和防灾减灾工作提供参考。

曾家沟泥石流特征分析及危害程度评价

中国川西中高山地貌区受到构造侵蚀剥蚀影响,河流两岸支沟发育、地形切割深度大,多发育有沟谷型泥石流沟,对水电工程建设方案选择及枢纽工程布置等影响较大。以大渡河中游拟建老鹰岩一级水电站坝址区右岸的曾家沟泥石流为例,在对其主要发育特征进行调查的基础上,计算分析了其运动特征和动力特性,并对其发育程度及危害程度进行了量化评价,提出了泥石流防治的工程治理方案及监测与预警思路,对类似工程坝址坝线选择中泥石流影响分析及防治设计具有重要借鉴意义。

云南元谋黄瓜园镇沟谷型泥石流特征及防治对策

沟谷型泥石流是云南山区典型的地质灾害类型。本文以云南元谋黄瓜园镇沟谷型泥石流为例,对元谋泥石流地质背景、土石供给方式、泥石流结构和运动特征、主要危害方式、预测预报方法、防灾减灾分析总结,对丰富泥石流学科内容及提高泥石流灾害预测和防治水平、减少危害具有借鉴意义。

泥石流沟谷3D点云数据采集处理及可视化

对泥石流沟谷进行精准测绘及地形可视化对于定位定量研究泥石流现象及过程具有基础性作用.传统的泥石流沟谷地形探测手段存在观测数据少,生成的地形数据分辨率低,无法实现地形表面的细节表达等不足.地面三维激光扫描仪(TLS)可以高效地获取泥石流沟谷的高密度3D点云,可实现表面模型的可视化表达,支持地形因子测算和分析.研究选取东川小江大白泥河泥石流沟谷为试验对象,针对泥石流沟谷进行多站点架设仪器进行点云数据的采集扫描,并对点云客观存在的非地面点噪声和空洞技术问题等进行数据处理.研究根据泥石流沟谷的实际情况以及地面三维激光扫描仪的特性,提出了基于后视定向的数据采集模式和配准技术方法,尝试采用适合于泥石流沟谷的点云去噪和空洞修补技术方法对泥石流沟谷的地面点云进行精确处理,在此基础上,开展了对泥石流沟谷的地形特性分析及可视化探索.

天山阿拉沟地区泥石流发育的沟谷环境特征及激发因子

本文从泥石流沟谷流域的形态、面积、沟床形状、沟谷比降以及固体松散物质的积散和机械组成等方面,分析了阿拉沟泥石流发育的沟谷环境特征.同时就降水对泥石流形成的影响及激发泥石流形成的临界状态进行了讨论,提出了阿拉沟地区泥石流形成与降水强度的关系最为密切.激发雨强为21mm/15min.

沟谷泥石流运动过程模型试验

泥石流运动过程是泥石流运动力学核心内容之一。以新疆天山公路K630泥石流为原型，选取几何相似比1：650，推导了泥石流质量、固液两相流速和泥石流冲击力相似比，以流通区为核心，建造了沟谷泥石流试验模型。试验结果表明，泥石流运动具有显著的阵流特性，阵流间隔时间为10s左右，其间嵌套2—3次弱阵现象；阵流期间，泥石流流速和冲击力均较大；从流通区的源头至沟口，流速呈现非线性增大趋势，且泥石流体中固液两相流速变化趋势相似，弯道处泥石流超高现象显著；泥石流运动初期由于泥石流体中固相和液相混和搅拌不均匀而呈现稀性泥石流特征，随后粘性特性增强。这些现象与现场观测结果基本一致。

冲淤变动型沟谷泥石流防治结构及计算

本文以平川沟泥石流为例 ,基于对冲淤变动型沟谷泥石流基本特性的分析 ,遵循“以泄为主、导排结合”的防治原则 ,提出了有效治理此类泥石流的汇流 #速流结构 ;运用地基梁计算理论对速流槽进行了力学分析计算 ,比较详细地进行了汇流槽侧墙、锚固桩的内力计算。

汶川地震灾区坡面和沟谷泥石流冲出距离计算方法

坡面型和沟谷型泥石流是2种不同的泥石流,不能用单一模型来计算它们的冲出距离。经分类研究,发现它们冲出距离的主影响因子有很大不同:对于沟谷型泥石流,主要是沟道内的松散物质储量;而对于坡面型泥石流,主要是坡面松散体的高度以及体积。2种泥石流的冲出角分布也存在很大差别:研究区沟谷型泥石流的冲出角在29.6°～82.9°之间,表现出"高量级、高冲出角"的特征;坡面型泥石流的冲出角在25°～47°之间,且大部分的冲出角在30°左右,表现出"低量级、低冲出角"的特征。在此分析的基础上,用回归分析方法建立了汶川地震灾区2种不同类型泥石流冲出距离的计算方法。最后,将经验计算方法用陈家坝文家坪坡面泥石流和红椿沟泥石流进行验证,与实际值较为吻合。

浙西南丘陵山区沟谷泥石流降雨特征分析

浙西南丘陵山区沟谷泥石流均为暴雨型泥石流,降水是诱发泥石流灾害的主要因素。通过对暴雨与泥石流发生的时间关系分析,认为泥石流发生主要有两种类型:一是当日降雨量直接激发泥石流,另一种是泥石流发生在有一定前期降雨的积累,并利用雨量站观测资料对这两种类型泥石流发生时的降雨特征进行了详细分析,以为泥石流灾害的防治提供依据。

暴雨沟谷型泥石流冲出量和冲出范围研究

不同类型泥石流一次性冲出量和冲出范围的影响因子和权重存在差异。"5·12"汶川地震后,震区沟谷流域内的大量松散物质在强降雨作用下形成了很多规模较大的降雨型泥石流,选取汶川震区20条暴雨沟谷型泥石流沟,对其被一次降雨过程的一次性冲出量、最大冲出长度、最大冲出宽度的预测方法进行了研究,应用多元统计方法建立了泥石流一次性冲出量和冲出范围预测模型。结果表明:影响泥石流一次性冲出量和冲出范围的因素除了总物源量、动储量总量、流域面积、沟道纵向长度、相对高差等自然因素外,还有筑坝、矿产开采、泥石流流域内边坡开挖等人为因素;所建立的模型适用于汶川震区暴雨沟谷型泥石流一次性冲出量和冲出范围的预测。