地面激光雷达与无人机遥感协同的断层微地貌定量化研究

Frequent earthquakes cause huge losses in China. Quantitative description of the active faults is one of the important work of seismic research. A quantitative research idea of studying small area active faults and micro topography on large scale is proposed, which is oriented the actual demand of earthquake disaster prevention and the complicated ground surface environment, by using Terrestrial Laser Scanning (TLS) and unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing technology. The research is carried out from point cloud data segmentation combining UAV images. Based on it, the 3D model of micro tectonic geomorphology is built and geomorphic fine analysis is carried out. Finally, the faults activities information is measured precisely and quantitatively. The goal of this research is to develop the methods for micro topography quantitative extraction by using super high resolution spatial data based on TLS and UAV remote sensing techniques, which can deepen the understanding the small area tectonic deformation from the aspects of geometry and kinematics, and can enrich the quantitative research methods for active faults. Therefore, it has great practical value and innovation significance for the quantitative study of micro tectonic geomorphology.

我国地震频发且损失巨大。活动断层的定量描述是地震研究的重要工作之一。本申请面向震害防御实际需求，针对复杂地表环境，提出综合利用地面激光雷达和无人机遥感技术，开展高精度的活断层微地貌定量化研究的想法。本申请主要通过无人机遥感影像协同，实现点云数据有效分割，在此基础上，以点云数据为依托，融合无人机遥感影像的光谱、纹理特征，进行活断层微地貌三维建模与地貌精细分析，探讨超高分辨率断层微地貌空间数据如何用于加深断层几何学认识，并实现断层活动信息精确定量获取，建立基于激光雷达与无人机遥感技术协同的断层微地貌定量化研究方法。本申请的预期研究成果在科学上能够深化构造变形几何学和运动学理解，在技术上能够丰富活断层定量化研究手段，具有较大的实用价值和创新意义。

现有的断层微地貌调查手段主要包括高分辨率遥感调查以及野外现场测量两种。存在的主要问题为：1.大的断裂延续数百上千公里，如何确定待研究的典型断层微地貌区域有待进一步总结；2. 遥感手段与野外测量相互独立应用，未充分结合遥感和野外现场测量的各自优势；无论是高分辨率遥感手段还是传统野外测量手段，都只能获得目标地貌的一维或者二维信息，信息缺失严重，对后续断层微地貌成果分析带来严重制约。. 鉴于此，本项目通过开展无人机遥感数据协同的点云数据分割方法研究、活断层微地貌三维建模与地貌精细分析研究以及断层活动信息精确定量获取研究等三方面的研究工作。在上述工作的基础上，本项目完善了无人机遥感与地面激光雷达协同的断层微地貌数据采集技术流程，发展了无人机遥感影像协同的激光点云滤波分割技术、点云空洞填补以及断层微地貌真三维建模技术；发展了基于激光雷达与无人机遥感协同的断裂构造微地貌识别、精细几何形分析方法；并选取郯庐断裂山东段青峰岭断层为主要研究对象，分析了该活动断层信息的构造几何特征和运动学特征。结合以上研究，最终建立了地面激光雷达与无人机遥感技术协同的断层微地貌精细分析与定量提取技术流程。. 依托本项目的资助，项目组系统性的总结了了一种综合利用卫星遥感、无人机遥感、地面激光雷达技术的活断层微地貌调查方法与技术流程。并积累了重要研究区域大量高精度无人机遥感、地面激光雷达点云数据集，可为后续研究及对比研究提供重要支撑。这些数据包括：郯庐断裂山东段青峰岭断层、马陵山断层、麦坡地震遗址无人机遥感及地面激光点云数据集；汶川地震遗址老北川县城、汉旺镇、小鱼洞镇、白鹿中学等区域无人机及点云数据集等。特别地，项目组在汶川地震遗址所积累的研究数据，随着地震遗址自然环境的改变，显得尤其有价值。