5.4.1　LiDAR技术及其在地质灾害领域的应用

激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）利用了成熟的全球定位系统（global positioning system，GPS）和惯性测量系统，是一种非常安全的高精度测量技术，其所测得的数据为三维数字表面模型（3D digital surface model）的离散点表示，数据中含有空间三维信息和激光强度信息。应用分类技术在这些原始数字表面模型中移除建筑物、人造物、覆盖植物等测点，即可获得地表面的高精度DEM，并同时得到地面覆盖物的高度。

近年来，LiDAR 技术已经被广泛应用到岩土领域和地质领域，包括地质体的体积估算、三维岩体几何建模、边坡扫描数据的结构性信息提取和几何信息的提取，以及结构面自动评估优化。

地质灾害体几何特征的精确测定是地质灾害稳定性定量分析的基础，LiDAR 技术在这一领域也得到了重视。目前的研究多集中在LiDAR 技术在危险地质环境中应用的有效性，如有效数据的捕捉、数据快速预处理和后处理等。地质灾害体的高精度三维数字表面模型建立后，对于模型的深度挖掘与分析研究很少。对不同时期的三维数字表面模型进行对比和数值分析，可以为三维地灾模拟、灾害机理研究以及灾害预测提供很好的理论数据基础。

应用LiDAR 技术研究边坡稳定性，需解决两个关键技术：①应用扫描数据重构边坡的三维模型；②三维地质模型向数值模型的转换。模型构建是进行定量分析的预备步骤，模型转换则可创造高精度地灾几何体数值模型。

本案例将提供一个结合LiDAR 和三维地质建模技术研究边坡稳定性的方法。依次对LiDAR 数据捕捉、数据预处理、三维地质建模等方法进行介绍；然后提出两种模型转换的方法，即手动转换和自动转换，利用模型自动转换手段构建某露天采石场边坡的数值模型，并进行边坡稳定性数值模拟分析；最后对基于LiDAR 数据构建的模型和常用的简化模型得到的稳定性分析结果间的差异进行对比。对比结果说明，利用高精度数值模型可以得到更高精度的数值分析结果。LiDAR 技术还可以应用到基础设施建设的很多不同领域中。