基于地面LIDAR玉树地震地表破裂的三维建模分析.pdf

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1、第34卷第1期地震地质Vo1．34．No．12012年3月SEISMOL0GYANDGE0L0GYMar．，2012doi：10．3969／j．issn．0253-4967．2012．01．005基于地面LIDAR玉树地震地表破裂的三维建模分析袁小祥王晓青窦爱霞董彦芳王龙金鼎坚(中国地震局地震预测研究所，北京100036)摘要2010年4月14Et的玉树7．1地震造成沿甘孜一玉树断裂的一系列NW向地表破裂。利用TrimbleGX3D地面激光三维扫描仪获取了玉树地震断裂sE段禅古寺附近的典型地震地表破裂的精细点云数据。在对点云数据进行校正、分割、滤波等预处理基础上

2、，分析了地震地表破裂不同表面建模方式的原理和方法，选取了无投影的不规则三角网建模方式对该处地表破裂进行三维建模实验，结合精配准高清晰现场纹理照片，制作了地震地表破裂的三维图像；并从模型的多个角度选取剖面进行地震地表破裂精细三维量测分析，得到该处地表破裂的平均垂直位移为74cm，水平位移为10cm。在此基础上进一步分析了玉树地震断裂的性质及其破裂特点。关键词玉树地震地面三维激光扫描(LIDAR)地震地表破裂建模中图分类号：P316文献标识码：A文章编号：0253—4967(2012)01-0039—08O引言2010年4月14日的玉树7．1地震是中国继2008年汶

3、川大地震后发生的又一个灾难性地震，导致了2200多人死亡或失踪，12000多人受伤(郭华东等，2010)，给社会发展、人们的经济生活造成了巨大的损失。为了给地震救援和决策提供及时有效的信息，在中国地震局地震预测研究所组织协调下，中国地震局地震应急协调小组(EERS)于地震发生当日迅速开展了玉树地震遥感应急工作，主要包括基于遥感技术的建筑物震害识别、快速损失评估、地震次生灾害判读、地震地表破裂解译等。震后众多学者对此次地表破裂进行了调查和研究，得到了不同的认识(张军龙等，2010；孙鑫哲等，2010)。由地震引起的地表变形、破裂等极易受到自然动力及人类活动的破坏，

4、加之高原地区地形复杂、条件恶劣，使用传统的测量手段很难获取全面真实的地表破裂信息。激光三维扫描技术(LIDAR)作为新型的遥感技术具有非接触、高精度、快速等特点，能够迅速有效地获得并永久记录地表破裂的三维信息，为进一步定量分析提供全面客观的科学数据。作者采用TrimbleGX3D地面激光三维扫描仪，采集了玉树断裂sE段禅古寺附近的典型地震地表破裂的精细点云数据。本文主要介绍基于地面激光雷达三维扫描仪获取的地震地表破裂点云数据，通过三维建模分析玉树地震的地表破裂特点。(收稿日期]201l一05一O3收稿，2011—07—26改回。[基金项目]地震应急遥感关键技术研

5、究(2009DFA21610)课题和2010年中国地震局玉树地震现场科学考察项目震害遥感比对专题共同资助。1期袁小祥等：基于地面LIDAR玉树地震地表破裂的三维建模分析41信息的能力和数据分析处理的特点，建立利用地面激光三维扫描仪进行地震地表破裂建模和分析的基本流程：通过野外实地测量获取玉树地震产生的同震地表破裂SE段典型破裂点的三维精细点云数据，并进行数据去噪、配准等预处理，在此基础上利用Trimble的数据后处理软件，选择不规则的三角网建模方法建立地震地表破裂的三维模型；结合地物电磁辐射纹理信息(地物照片)，重建地表破裂的精细三维图像，从而为地震地表破裂分布

6、及其运动学和动力学分析提供定量依据；最后，利用三维重建模型对地震地表破裂进行分析，估计该处地表破裂的垂直和水平位错，并在此基础上讨论玉树一甘孜断裂的性质及其在这次地震中的破裂特点。3玉树地震地表破裂现场测量本文选择的玉树地震地表破裂测量点位于玉树县城以南约6km的禅古寺附近，该测量点位于甘孜一玉树断裂的sE段，现场扫描点位置见图1b。玉树地震地表破裂带在本测量点的走向为N34。W，破裂面倾向SW。在进行地表破裂三维激光扫描的同时，采用手持GPS仪获取扫描点已知站点和后视点的地理坐标，利用Nikon相机获取地表破裂的表面纹理信息(高清照片)。在现场测量过程中，扫描

7、精度和覆盖范围是需要注意的两个主要问题。LIDAR是在特定系统中获取物体表面多点的三维坐标(，Y，)。因此，所获取的点越多(即扫描密度越高)，越能表现地表破裂的细节，但由于所获取的点云数据呈指数增长，扫描以及后处理的时间也越长。因此，综合考虑扫描仪的单点扫描精度、GPS的定位精度以及扫描的时问，设置光斑大小为8ram@25m大小进行扫描。为了获取相对全面的地表破裂测量数据，尽量减少由起伏地面阻挡形成的数据漏洞(datagap)，同时考虑到河流在测量点NW侧经过，选择在测量点的SE、NE以及E侧共架设3站来获取破裂的点云数据(图1是SE边一站)。4数据预处理激光雷

8、达点云数据的预处理步骤主