采用无人机载LiDAR进行快速地质调查实践

激光雷达(Light Detection and Ranging,Li DAR)三维地形测绘技术已广泛应用于地质调查和地球科学研究中,其高精度特性推动了地球科学定量化发展;将其与无人飞行器集成为低空扫描系统,使其更加省时、便捷、高效,拓宽了Li DAR在野外调查的用途。将无人机载Li DAR测绘系统应用于野外地质调查,以2个实例展示了该系统Li DAR的优势与潜在使用前景。在活断层探测应用中,利用该系统对西秦岭北缘断裂漳县段南坡村研究点进行了扫描,有效地消除了地物和植被的影响,验证了断层展布位置,并获取了漳河T1阶地的抬升量约为1.3m。另外,还对兰州大学黄土地质灾害观测试验站进行了扫描,为进一步分析微地貌对浅层黄土滑坡的影响提供了高分辨率地形数据。以上2个例子,扫描时间均较短,在0.5h左右,而且扫描得到的点云数据平均每m2约为600个点,分辨率可达到cm级别。试验结果表明,无人机载Li DAR三维扫描有望成为1种常规、高效和经济的测绘手段。     

移动摄影测量数据与差分GPS数据的对比分析——以祁连山北麓洪水坝河东岸断层陡坎为例

随着获取高分辨率数字地形数据技术的成熟化,越来越多地被应用到地球科学研究中。一种低成本且操作简单的获取高分辨率地形数据的新技术——SfM(Structure from Motion)的出现,将使得活动构造研究中高分辨率数据的使用更加广泛。文中首先介绍了SfM技术的工作原理和操作流程,选取祁连山北缘洪水坝河东岸进行数据采集,生成DEM数据的点云平均密度为220.667点/m~2,像素分辨率达6.73cm,覆盖面积达0.286km~2。其次,详细对比了SfM数据与差分GPS数据之间的精度。结果表明,SfM数据经过高程误差垂向校正和倾斜校正以后,与DGPS数据之间的高程差值基本上集中在约20cm左右,倾斜校正将高程差降低了约50%。90%置信区间内2种数据之间的高程差为10~15cm,局部误差在30cm左右,但所占比例不足10%,若采用更加精确的校正方法,可能误差还会更低。基于SfM数据提取的断层陡坎高度沿断裂走向分布显示,洪水坝河东岸最新一次构造活动垂直位移量在1m左右。因此,具有较高垂直精度的SfM数据,在植被稀少地区能够替代DGPS进行高精度地形测量。2种数据之间仍然存在的高程误差可能与生成DEM的方式以及SfM数据精度有关,SfM数据精度还受控于地面控制点数量、相机分辨率、照片密度、拍摄高度等条件,同时也与地表形态等内在因素有关。     

基于高精度LiDAR数据的断裂活动习性精细定量——以香山-天景山断裂景泰小红山段为例

高精度、高分辨率的地形地貌数据是活动构造定量研究的重要基础数据。传统研究方法中,通过航卫片或遥感影像解译只能获取二维平面特征,中等分辨率DEM(5～10m网格单元)只适用于大尺度三维地貌特征的提取。激光雷达测量(Light Detection and Ranging,Li DAR)技术可直接对地貌进行高精度、全方位的三维地表形态测量,为活动构造研究提供了精细的地貌形态数据,有助于深化对断裂带地表破裂过程和断裂活动特性的理解。文中选取青藏高原东北缘香山-天景山断裂带西段的景泰小红山断裂中一段断错地貌明显的断裂段作为研究对象,基于高精度Li DAR数据生成了景泰小红山断裂0. 3m高分辨率的数字高程模型(DEM),沿断裂带详细识别并测量了地貌标志(冲沟、山脊和阶地)的断错位移,获得了地貌标志的82个水平位移和62个垂直位移,并分析了不同方向上的位移丛集特征。结果显示,沿断裂的水平与垂直位移均可识别出5个丛集,其中最小丛集可能指示最新一次地震的同震位移,而其它位移丛集则反映了断裂带多次地震活动累积的结果。通过对多个断错标志的水平和垂直位移合成的滑动矢量进行分析,可以看出该断层段的运动习性具有...     

多源遥感技术在汶川震后高精度数字高程模型重建中的精度分析

汶川地震后,震中地区地表形态遭到很大破坏.在该地区开展科学研究急需高精度数字高程模型支持,重建震区数字高程模型十分必要.本文以高精度重建该地区数字高程模型为目标,综合ALOS PRISM获取的三轨立体像对、ALOS PALSAR雷达影像和欧空局发布的汶川地震ENVISAT雷达影像等资料,采用光学遥感立体测图技术、InSAR技术,并融合已有全球数字高程模型,研究建立覆盖此地区15m分辨率的数字高程模型.在利用中国地壳运动监测网络和陆态网络工程项目实测的GPS数据进行高程精度分析后表明:ALOS PRISM DEM精度优于10 m(95％置信度);ALOS PALSAR DEM精度优于10 m(95％置信度),而ENVSAT ASAR DEM在平原、丘陵地区精度优于20 m(95％置信度).研究证明:ALOS PRISM能进行高精度的地形测量,ALOS PALSAR在山区仍可获得高精度数字高程模型,ENVISAT ASAR在平原地区的精度较高.因此融合光学、雷达遥感技术完全满足获取高精度、高分辨率震区数字高程模型的需要,这为在困难地区建立高精度数字高程模型提供了一个很好的途径.     

基于网络/基站RTK移动摄影测量数据的垂向精度分析

移动摄影测量技术SfM（Structure from Motion）的发展使活动构造研究中快速获得野外中小区域内高精度DEM数据更便捷,DEM数据精度是目前活动构造与测量领域较关注的问题。本文通过对比非RTK模式无人机摄影测量并结合地面控制点（GCPs）生成的SfM DEM数据与基于RTK移动摄影测量技术获取的RTK-SfM DEM数据差异,重点分析搭载RTK模块的移动摄影测量技术获取的DEM数据在垂向上的精度。数据采集、处理与对比结果表明:在添加地面控制点后的非RTK模式无人机摄影测量生成的DEM数据中,除测量区域边缘照片较少而产生畸变外,大部分地区畸变率较小;基于移动RTK技术摄影测量获取的高程数据畸变率更小,且与非RTK模式无人机摄影结合地面控制点生成的高程数据存在约0.85 m的系统高程误差,减去该误差后,点云对比结果表明二者95%以上的点垂向误差均＜0.05 m;搭载RTK模块的移动摄影测量技术获取的DEM数据在垂向上具有更高的精度,且节省了时间与人工成本。     

基于迭代融合的InSAR技术获取数字高程模型研究

数字高程模型是重要的地理空间数据,可以提供丰富的地形信息.为了获得时效性好、分辨率高的数字高程模型,本文以南京市为实验区域,利用德国宇航局TerraSAR-X卫星同一轨道上的两幅StripMap模式SAR影像对,主从影像时间间隔只有66天,空间分辨率为3 m.采用InSAR技术,通过迭代的方法来提高获取DEM的分辨率,并结合JAXA/EORC提供的AW3D30数字表面模型与迭代后的DEM进行融合来解决阴影等问题,最终获取了南京地区的高精度数字高程模型.将实验结果分别与90 m分辨率的SRTM、30 m分辨率的ASTER GDEM、30 m分辨率的AW3D30进行相互对比分析.结果表明,相比三种常用的DEM而言,本文获取的DEM能够更精确的获取地面的细节信息,特别是对于分布稀疏的大型单体建筑物,能够很好的恢复其三维信息,但是对于建筑物分布较为密集的区域,由于传感器视线受阻,不能观测建筑物的全貌,阴影分布较多,导致此类区域的DEM结果不理想,还需进一步深入研究,提高精度及可靠性.     

基于ASTER立体数据和ICESat／GLAS测高数据融合高精度提取南极地区地形信息

为了更好地保证从中山站到DomeA的南极内陆冰盖考察,该考察路线沿线的地形信息是必需的．虽然Radarsat南极制图计划fRAMP）能提供迄今为止最高精度的全南极数字高程模型（DEM）,其最高水平分辨率为200m,但其真正的水平分辨率根据源数据的比例尺和区域覆盖密度不同而不同．对于冰架和内陆冰盖地区,水平精度约为5km．在东南极内陆冰盖地区和远离山脉地区该DEM的垂直精度估计为±50m,因此更高精度的地形数据还不存在．为了满足将来对地形信息更高精度的要求,由于ASTER光学影像具有高的空间分辨率05m）,而ICESat／GLAS测高数据有较高的高程精度（13．8cm）,因此本文融合ASTER立体数据和ICESat／GLAS测高数据提取了该考察路线高精度数字高程模型．首先选择一些测高数据点作为ASTER提取DEM过程中的高程控制,以减少匹配错误．由于从75°～81°S范围没有合格的ASTER立体数据覆盖,并且在该范围内ICESat轨道覆盖度大,观测数据比较密集,因此在该区域仅使用ICESat测高数据提取DEM,最后生成覆盖整条路线的DEM．分析结果表明DEM精度得到很大的提高,DEM的绝对垂直精度某些地区优于15m,除了影像009—001外,其余所有结果精度都在30m以内．其内部精度优于15m,某些情况下优于7m．生成的结果达到1：50000制图标准．结果表明在南极地区,综合利用各种遥感数据提取南极地区冰面地形信息是一种经济有效的手段．     

LIDAR点云的获取及分类方法浅析

Lidar能够实时快速的获取高精度的三维地面信息;Lidar产品能方便的与多种实用程序软件接口直接连接,如CAD、三维动画软件等等。这些优势使得Lidar得到了越来越广泛的应用。机载激光雷达(Light Detection And Ranging,简称LiDAR)量测技术是应用机载激光雷达系统进行三维空间测量,得到密集的地面物体的三维坐标点云数据,再通过相关软件处理后,获得DEM、等高线图、正射影像图及三维建筑物模型。由于Li DAR系统本身包含激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术,并与数字航摄仪相结合,而且激光脉冲不受阴影和太阳角度影响,其高程数据精度不受航高限制,因此经过专用软件处理,可在空中完成地面高程模型DEM及数字正射影像图DOM的大规模生产,大大提高航测成图的作业生产效率,减少生产环节,缩短生产周期,提高成图精度。由于比常规摄影测量更具优越性,近些年得到了迅速发展。     

μm级形貌测量系统——一种新型的断层面微观形貌测量技术

获取高精度断层面形貌对微观断层面形貌与地震成核、破裂扩展及终止的相关性研究具有重要意义。为了提高断层面形貌的测量精度、克服现有测量方法的不足,我们研发了一套具有自主知识产权的μm级形貌测量系统。经过测试,该新型μm级形貌测量系统具有以下特征:1)其平面定位(x轴与y轴方向)精度优于3. 5μm,垂向测量精度优于4. 5μm,水平分辨率可达0. 62μm,垂向分辨率为0. 25μm; 2)该系统在垂向发射激光束,可测量形貌面中大倾角的凹谷区域,避免产生数据空白,可获得完整的形貌测量结果,具有较强的陡峭表面测量能力; 3)该系统具有较大的测量量程(30cm×30cm),测量大尺度样品时,可避免多次测量数据的配准拼接以及由此带来的误差。运用该形貌测量系统,可对实验断层面进行扫描并获得高分辨率的形貌数据,能够满足μm级尺度上的形貌分析要求。     

基于重复测线不符值的航空磁力矢量仪飞行试验数据精度评估

目前,航空磁力测量是快速获取陆地和近海区域高精度高分辨率地磁场信息的非常有效的技术手段.本文利用航空磁力矢量仪的15条野外飞行试验重复测线,完成了对航空磁力矢量仪的飞行测线数据的精度评估,结果表明,飞行测线上的地磁场总强度的测量精度,在200 m高度为3 nT,700 m高度为0.8 nT;三分量精度为4～9 nT.     

地震学中的“暗物质”——“静地震”与地震预测研究的未来

正如暗物质的研究是理论物理学和宇宙学中的一个关键性问题，静地震的研究也将为地震预测研究的发展提供一个历史性的机遇。     

地震学中的"暗物质"—"静地震"与地震预测研究的未来

正如暗物质的研究是理论物理学和宇宙学中的一个关键性问题,静地震的研究也将为地震预测研究的发展提供一个历史性的机遇.     

"数字地球"与实时地震学

“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，是信息化的地球，是地球的虚拟对照体。“数字地球”的科学体系由基础研究、技术支撑和科学工程三部分组成。现代地震学同样需要基础研究、支撑技术和科学工程，其中，最后一个体系即相当于实时地震学。实时地震学调基础研究和现代技术的结合，强调地震学研究成果的转化和对社会与公众的服务，是地震学发展的“最高境界”。实时地震学需要基础研究和现代技术，更需要建立地震速报系统、地震趋势分析系统、灾害评估系统和地震救灾系统这样的系统工程。     

“九五”前兆仪器与“十五”前兆管理系统的整合

2009年5月开始以北京市地震局板桥台、东三旗台、赵各庄台等7个台站为试点,逐步完成"九五"前兆仪器网络化改造,在保留原"九五"通信模式的前提下,完成其"九五"前兆仪器无缝接入到"十五"前兆数据管理系统。从各台为期半年多的运行结果可以看出,其运行稳定、产出资料可靠且改造方案成本低,为"九五"前兆仪器整体接入"十五"管理系统提供了高效可靠的技术参考。