Dane lotniczego skaningu laserowego w badaniu osuwisk – przyk³ad
osuwiska w Zbyszycach (Karpaty zewnêtrzne)
Tomasz Wojciechowski
1, Andrzej Borkowski
2, Zbigniew Perski
1, Antoni Wójcik
1Airborne laser scanning data in landslide studies at the example of the Zbyszyce landslide (Outer Carpathians). Prz. Geol, 60: 95–102.
A b s t r a c t. The study is focused on an active landslide located on the right bank of the Dunajec Valley in Zbyszyce. The potentials of application of the data derived from airborne laser scanning (ALS) in the con-text of an inventory of landslides has been presented. The ALS data used in this study covers the area of 40 km2 on the eastern side of Lake Roznowskie in the
Carpathians. Scanning data were acquired on April 1, 2010, and the resulting cloud of points was used as the basis to generate the DTM with a resolution of 0,5 m. Geological interpretation of the data was conducted on the example of the largest and complex landslides in the study area located in the village Zbyszyce. Using different visualization techniques were able to determine extent of landslides and its internal morphological elements. Attempts to determine the degree of activity in different zones of the landslide have been also undertaken. Very good results were obtained in wooded areas, complementing the state of knowledge about this landslide.
Keywords: Airborne laser scanning, Digital Terrain Model, landslides mapping, Carpathians
Karpaty (szczególnie fliszowe) s¹ obszarem szczegól-nie nara¿onym na ruchy masowe. Wed³ug dotychczaso-wych badañ wystêpuje tam oko³o 95% osuwisk dot¹d zinwentaryzowanych na obszarze Polski (Poprawa & R¹czkowski, 2003). Szacuje siê, ¿e ich liczba mo¿e prze-kraczaæ 50 000 (Grabowski, 2008). W latach 1997, 2000, 2001, 2004 i 2010 w Karpatach stwierdzono du¿¹ aktyw-noœæ ruchów masowych zwi¹zan¹ z ekstremalnymi opada-mi atmosferycznyopada-mi (R¹czkowski & Mrozek, 2002; Po-prawa & R¹czkowski, 2003; Gorczyca, 2004). Spowodo-wa³y one znaczne uszkodzenia i zniszczenia budynków oraz infrastruktury komunikacyjnej. W województwie ma³opolskim w 2010 r. stwierdzono liczne przemieszcze-nia grawitacyjne, czêsto zwi¹zane z uaktywnieniem siê sta-rych osuwisk. Ich rozpoznanie jest podstaw¹ wyznaczania stref zagro¿onych ruchami masowymi i opiera siê g³ównie na obserwacjach terenowych.
Podstawowym celem terenowego kartowania osuwisk jest wyznaczenie ich zasiêgu i okreœlenie stopnia aktywno-œci (Grabowski i in., 2008). Prace terenowe prowadzone na stokach górskich i zboczach dolin polegaj¹ na identyfikacji wystêpuj¹cych tam form, które niekiedy mog¹ byæ mylone z innymi elementami rzeŸby terenu. Skarpy o charakterze tektonicznym czy te¿ skarpy rolnicze mog¹ byæ b³êdnie interpretowane jako skarpy osuwiskowe, leje Ÿród³owe maj¹ce cylindryczny kszta³t jako zasiêg osuwiska, stare wykroty w lesie jako zdeformowana powierzchnia jêzora itp. (Ozimkowski i in., 2010). Szczególne trudnoœci mog¹ wystêpowaæ w obszarach leœnych oraz terenach zabudowa-nych, gdzie stok mo¿e byæ obserwowany tylko fragmenta-rycznie, co utrudnia prawid³owe rozpoznanie i
zakla-syfikowanie osuwiska. Terenowe kartowanie osuwisk bazuje w g³ównej mierze na podk³adach topograficznych w ró¿nej skali, a dok³adnoœæ i czas trwania tych prac uzale-¿niony jest m.in. od zawartych na nich rysunkach poziomi-cowych. Najczêœciej wykorzystywane mapy topograficzne, wykonane w skali 1 : 10 000, czêsto nie przed- stawiaj¹ wiernie rzeŸby terenu. Niejednokrotnie znaj-duj¹ siê na nich informacje uogólnione i nieaktualne. Prace terenowe mog¹ byæ tak¿e wspomagane analiz¹ zdjêæ lotni-czych i numerycznych modeli terenu, jednak dok³adnoœæ i aktualnoœæ tych danych jest czêsto niewystarczaj¹ca ze wzglêdu na ich wykonanie w okresie poprzedzaj¹cym powstawanie form osuwiskowych.
Du¿ym wsparciem w badaniu osuwisk mog¹ byæ dane z lotniczego skaningu laserowego (ALS – Airborne Laser
Scanning), okreœlanego równie¿ mianem LIDAR (Light Detection and Ranging). Obecnie jest to jedna z istotnych
technik pozyskiwania informacji o powierzchni terenu, zarówno na œwiecie, jak i w Polsce (Borkowski, 2006; Vos-selman & Mass, 2010). Dane LIDAR charakteryzuj¹ siê du¿¹ dok³adnoœci¹ wysokoœciow¹ (0,1–0,3 m). Ponadto dziêki du¿ej efektywnoœci systemów pomiarowych oraz du¿ej przenikalnoœci wi¹zki laserowej przez pokrycie leœne (nawet do 70%) osi¹ga siê du¿e zagêszczenie punktami pomiarowymi, dochodz¹ce nawet do kilkudziesiêciu punk-tów na metr kwadratowy. Dziêki tym cechom i odpowied-niej filtracji danych mo¿liwe jest skonstruowanie szcze-gó³owego i dok³adnego NMT pozbawionego pokrycia roœlinnoœci¹ i wiernie obrazuj¹cego drobne formy mikro-rzeŸby powierzchni terenu.
1
Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, Oddzia³ Karpacki, ul. Skrzatów 1, 31-560 Kraków; tomasz.wojciechowski@pgi.gov.pl, zbigniew.perski@pgi.gov.pl, antoni.wojcik@pgi.gov.pl.
2
Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy, ul. Grunwaldzka 53, 50-357 Wroc³aw; andrzej.borkowski@ up.wroc.pl.
Geologiczn¹ interpretacjê danych ALS przeprowadzo-no dla osuwiska zlokalizowanego we wsi Zbyszyce (Kar-paty fliszowe) (ryc. 1), które w du¿ej czêœci jest aktywne, ma urozmaicon¹ rzeŸbê i jest pokryte zró¿nicowan¹ szat¹ roœlinn¹. Dziêki swojej ró¿norodnoœci stanowi ono dobry poligon do badañ testowych. Badania tego osuwiska pro-wadzone s¹ od dawna przez Pañstwowy Instytut Geolo-giczny oraz przez inne grupy badawcze (Zuchiewicz, 1990; Nita i in., 2006; Wojciechowski, 2007).
LOTNICZY SKANING LASEROWY – ZARYS METODYKI
Lotniczy skaning laserowy jest technik¹ pozyskiwania danych bêd¹c¹ integracj¹ trzech innych, niezale¿nych technik pomiarowych: GPS (Global Navigation System) s³u¿¹cy do wyznaczania pozycji, INS (Inertial Navigation
System) wykorzystywany do okreœlenia k¹tów
orien-tuj¹cych platformê pomiarow¹ w przestrzeni i LRF (Laser
Range Finder) s³u¿¹cy do laserowego pomiaru odleg³oœci
do punktów na powierzchni ziemi. Umieszczone na pok³adzie samolotu urz¹dzenie laserowe emituje wi¹zkê œwiat³a laserowego w kierunku ziemi. Na podstawie czasu przebiegu i powrotu sygna³u okreœlana jest odleg³oœæ od emitera do powierzchni ziemi lub obiektu, od którego
nast¹pi³o odbicie promienia laserowego. Jednoczeœnie reje-strowany jest k¹t, pod którym zosta³a wys³ana wi¹zka lase-rowa. W momencie pomiaru odleg³oœci musi byæ znane po-³o¿enie (wspó³rzêdne w uk³adzie WGS 84) skanera lasero-wego w przestrzeni, które jest wyznaczane za pomoc¹ sys-temu GPS. Przestrzenn¹ orientacjê samolotu wzglêdem uk³adu zewnêtrznego wyznacza system INS. Urz¹dzenie ¿yroskopowe tego systemu wyznacza trzy k¹ty: podniesie-nia, przechy³u i obrotu samolotu. Zarejestrowane dane pomiarowe s³u¿¹ do wyznaczenia pozycji punktów na powierzchni ziemi, w uk³adzie WGS84. Zasadê wyznacze-nia wspó³rzêdnych zilustrowano na ryc. 2. Za pomoc¹ GPS wyznaczany jest wektor rGPSokreœlaj¹cy po³o¿enie, a
skane-ry LRF i INS wyznaczaj¹ chwilowy wektor rL. Suma tych
dwóch wektorów wyznacza po³o¿enie punktu w uk³adzie WGS 84, wektor rP (Borkowski, 2006).
Uzyskana w wyniku skanowania tak zwana „chmura punktów” transformowana jest z lokalnego uk³adu wspó³-rzêdnych „x,y,z”. Nowoczesne systemy laserowe mog¹ rejestrowaæ niemal dowoln¹ liczbê odbiæ poœrednich impulsu (full waveform), np. od drzew. Zbiór punktów jest wtedy bardzo du¿y, a dziêki odpowiednim metodom filtra-cji mo¿na wygenerowaæ zarówno numeryczny model pokrycia terenu, jak i numeryczny model rzeŸby terenu. Rycina 3 ilustruje potencja³ ALS na obszarze zalesionym;
Bielsko-Bia³a Kraków Tarnów Krosno Przemyœl Nowy S¹cz Nowy Targ S£OWACJA SLOVAKIA POLSKA POLAND 0 2000 4000m 0 50km
Ryc. 1. Obszar badañ Fig. 1. Study area
po odfiltrowaniu punktów bêd¹cych odbiciami od drzew pozostaje wci¹¿ dostatecznie du¿o punktów na powierzch-ni terenu, które pozwalaj¹ na generowapowierzch-nie numerycznego modelu rzeŸby terenu, dobrze odzwierciedlaj¹cego struk-turê osuwiska.
Wa¿nym etapem prac jest filtracja otrzymanej „chmury punktów”, polegaj¹ca na odrzuceniu punktów nie bêd¹cych odbiciami od powierzchni terenu. W ramach opisywanych badañ, filtracjê danych wykonano z wykorzystaniem metody aktywnych powierzchni (Borkowski, 2004). Meto-da ta polega na tym, ¿e modelowanej powierzchni przypi-sana jest cecha zwana energi¹ wewnêtrzn¹ i zewnêtrzn¹, opisuj¹c¹ w³aœciwoœci geometryczne powierzchni i danych. Energia wewnêtrzna wyra¿a nachylenie (spadki) oraz krzywiznê modelowanej powierzchni. Energia zew-nêtrzna opisuje stopieñ niedopasowania modelowanej
powierzchni (terenu) do danych punktowych skaningu laserowego. Optymaln¹ aproksymacjê powierzchni terenu otrzymuje siê w wyniku minimalizacji obydwu energii. Algorytm realizowany jest iteracyjnie; szczegó³y algoryt-mu podano w pracy Borkowskiego i JóŸkowa (2008). Na podstawie odfiltrowanej chmury punktów wygenerowano NMT o rozdzielczoœci 0,5 m. Równolegle ze skaningiem laserowym wykonano zdjêcia lotnicze o rozdzielczoœci 10 cm.
Metody ALS by³y ju¿ z powodzeniem wykorzystywa-ne w badaniach ruchów masowych na œwiecie (Haugerud i in., 2003; Chigara i in., 2004; Sekiguchi & Sato, 2004; Schulz, 2007; Baldo i in., 2009; Jaboyedoff i in., 2010; Borkowski i in., 2011; Razak i in., 2011). W wiêkszoœci przypadków wyniki prezentuj¹ mo¿liwoœci identyfikacyj-ne osuwisk, równie¿ w obszarach leœnych. Postêp metody jest bardzo du¿y, a coraz bardziej zaawansowane przyrz¹dy pomiarowe pozwalaj¹ uzyskiwaæ NMT o coraz wiêkszych dok³adnoœciach.
PO£O¯ENIE OSUWISKA
Osuwisko w Zbyszycach po³o¿one jest w œrodkowej czêœci Karpat w obrêbie P³askowy¿u Ro¿nowskiego na Pogórzu Ciê¿kowickim (Starkel, 1972). Najwy¿szym wzniesieniem w tym rejonie jest D¹browska Góra (581 m n.p.m), od której w kierunku pó³nocno-zachodnim ci¹gnie siê w¹ski grzbiet o wysokoœci 410–420 m n.p.m. Osuwisko obejmuje swoim zasiêgiem pó³nocne stoki D¹browskiej Góry oraz zachodnie stoki schodz¹ce do doliny Dunajca (ryc. 1). Obszar ten znajduje siê w strefie nasuniêcia p³asz-czowiny grybowskiej na œl¹sk¹, na któr¹ od po³udnia jest nasuniêta p³aszczowina magurska zachowana w postaci czapki tektonicznej (Burtan & Skoczylas-Ciszewska, 1964; Burtan i in., 1992) (ryc. 4). Górna czêœæ grzbietu D¹browskiej Góry jest zbudowana z oligoceñ- skich pia-skowców i ³upków warstw kroœnieñskich dolnych, podœ-cielonych ³upkami, rogowcami i piaskowcami warstw grybowskich nale¿¹cych do p³aszczowiny grybowskiej (ryc. 4). Poni¿ej wystêpuj¹ utwory p³aszczowiny magur-skiej, na które sk³adaj¹ siê g³ównie piaskowce cienko i œrednio³awicowe oraz ³upki nale¿¹ce do warstw inocera-mowych wieku paleocen-senon i paleoceñsko-eoceñskie ³upki pstre. W kierunku pó³nocno-wschodnim pojawiaj¹
œrodek elipsoidy centre of elipsoide z y x WGS84 P r L rGPS rP
Ryc. 2. Wyznaczenie pozycji punktu za pomoc¹ lotniczego ska-ningu laserowego; rGPS– wektor GPS, rL– wektor LRF, rP– wektor pozycji, P – punkt powierzchni terenu
Fig. 2. Point positioning using ALS; rGPS– GPS vector, rL– LRF vector, rP– position vector, P – terrain surface point
0 50 100m
Ryc. 3. Fragment osuwiska we wsi Zbyszyce. A – Numeryczny Model Pokrycia Terenu; B – Numeryczny Model RzeŸby Terenu Fig. 3. Fragment of the landslide in the Zbyszyce village. A – Digital Surface Model; B – Digital Terrain Model
siê warstwy kroœnieñskie nale¿¹ce do p³aszczowiny œl¹skiej (ryc. 4). Wszystkie utwory skalne s¹ silnie sfa³-dowane i poprzecinane uskokami poprzecznymi. Wystêpo-wanie masywnych piaskowców ponad warstwami ³upków oraz obecnoœæ nasuniêæ i uskoków stanowi warunki korzystne do rozwoju osuwisk.
Osuwisko w Zbyszycach okreœliæ nale¿y jako osuwi-sko z³o¿one (Varnes, 1978; Dikau i in.,1996), formowane w trakcie kilku etapów rozwoju. Du¿a iloœæ skarp wtór-nych, jêzorów i zmienne kierunki przebiegu przemiesz-czeñ grawitacyjnych pozwalaj¹ je okreœliæ równie¿ jako zespó³ osuwisk, kontaktuj¹cych siê ze sob¹ w strefach ode-rwania materia³u skalnego, a zw³aszcza maj¹cych wspóln¹ strefê akumulacji w dolnych czêœciach stoków. Wyró¿nie-nie granic poszczególnych osuniêæ jest miejscami trudne. Deformacjom grawitacyjnym podlega³ obszar o powierzch-ni 132 ha. Obejmuj¹ one zarówno utwory zwietrzelinowe, jak i ska³y fliszowe. Szacowana mi¹¿szoœæ koluwiów wy-nosi co najmniej 30 m. Deniwelacje osuwiska dochodz¹ do 282 m, a œrednie nachylenie jego powierzchni – 16°. Naj-wy¿sze skarpy osuwiskowe o wysokoœci 15 m znajduj¹ siê na pó³nocnych stokach D¹browskiej Góry. Osuwisko posiada urozmaicon¹ rzeŸbê, na któr¹ sk³ada siê du¿a licz-ba elementów wewn¹trzosuwiskowych, takich jak: progi, pagóry i nabrzmienia koluwialne, sp³aszczenia i zag³êbie-nia bezodp³ywowe. Dynamika osuwiska jest zró¿nicowa-na, a w wielu miejscach przejawia siê uszkodzeniami budynków i infrastruktury drogowej (Nita i in., 2006; Woj-ciechowski, 2007).
WYNIKI BADAÑ Skaning laserowy osuwiska
Lotniczy skaning laserowy wykorzystany w badaniach, których wyniki s¹ prezentowane w niniejszej pracy,
prze-prowadzono w ramach projektu badawczego MNiSW „Projekt INSAR-LIDAR: integracja danych interferome-trii radarowej i lotniczego skaningu laserowego na potrze-by badania zjawisk osuwiskowych” (N N526 146037), realizowanego w Instytucie Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wroc³awiu. Jednym z celów projektu by³o okreœlenie przydatnoœci skaningu lase-rowego w badaniu osuwisk. Skanowaniem objêto obszar 40 km2
, zlokalizowany po wschodniej stronie zbiornika
Data Acquisition 1.04.2010 System skanowania Scanning system Riegl, LiteMapper 6800i Skaner laserowy Laser scanner LMS-Q680i Typ skanera laserowego
Scanner type
Full waveform D³ugoœæ fali lasera
Laser wavelength
Nearinfrared Rozbie¿noœæ wi¹zki lasera
Laser beam divergence £ 0,5 rad
Mechanizm skanowania
Scanning mechanism
Rotating polygon mirror
Czêstotliwoœæ powtarzania impulsów
Pulse repetition rate
400 kHz Prêdkoœæ skanowania Scan speed 200 lines /sec Zakres dok³adnoœci Ranging accuracy 20 mm Pole widzenia Field of view 60° Rozdzielczoœæ obrazu intensywnoœci
Intensity information resolution
16 bit
Tab. 1. Charakterystyka lotniczego skaningu laserowego dla badanego obszaru
Table 1. Metadata for the airborne lasers scanning in the study area
0 50 100m
³upki i piaskowce
shales and sandstones
piaskowce i ³upki
sandstones and shales
piaskowce i ³upki
sandstones and shales
³upki, rogowce, piaskowce
shales, hornstones, sandstones
warstwy kroœnieñskie
Krosno beds
warstwy kroœnieñskie
Krosno beds Jednostka œl¹ska Silesian unit
Jednostka grybowska Grybów unit
Jednostka magurska Magura unit
warstwy grybowskie
Grybów beds
piaskowce i ³upki
sandstones and shales
³upki pstre variegated shales warstwy inoceramowe inoceramus beds nasuniêcia overthrusts uskoki faults
granica osuwiska w Zbyszycach
boundary of landslide in Zbyszyce
Ryc. 4. Mapa geologiczna obszaru badañ na tle NMT (na podstawie Burtan & Skoczylas-Ciszewskiej, 1964) Fig. 4. Geological map of study area compared to DTM (after Burtan & Skoczylas-Ciszewska, 1964)
0
200
400m
Ryc. 6
Fig. 6
Ryc. 7, 8
Fig. 7, 8
Ryc. 5. Interpretacja osuwiska w Zbyszycach na podstawie danych ALS Fig. 5. Interpretation of landslide in Zbyszyce based on ALS data
0 50 100m
aktywna czêœæ osuwiska
landslide activity zone
nieaktywna czêœæ osuwiska
landslide inactivity zone
stacja paliw
petrol station
Ryc. 6. Aktywnoœæ osuwiska okreœlona na podstawie NMT LiDAR Fig. 6. Landslideactivity determined using LiDAR-DTM
Ro¿nowskiego, charakteryzuj¹cy siê du¿¹ aktywnoœci¹ osuwisk (ryc. 1). Skaning wykonano 1 kwietnia 2010 r., a wiêc w pocz¹tkowym okresie wegetacji, kiedy stosunkowo s³abe pokrycie terenu roœlinnoœci¹ zapewnia wysok¹ jakoœæ uzyskanego NMT. Pomiar przeprowadzi³a firma MGGP Aero z Tarnowa przy u¿yciu systemu ALS Lite-Mapper 6800i. Specyfikacja pomiaru zosta³a przedstawio-na w tabeli 1. Skanowanie wykoprzedstawio-nano ze œredni¹ roz-dzielczoœci¹ 4 punkty na metr kwadratowy. Poniewa¿
wspólne pokrycie s¹siednich pasów skanowania docho-dzi³o do 50%, wynikowa rozdzielczoœæ skanowania wy-nios³a œrednio 7 punktów na metr kwadratowy.
Interpretacja danych ALS
Analizê danych ALS obrazuj¹cych badany obszar przeprowadzono stosuj¹c tradycyjne podejœcie do ruchów masowych. Osuwisko by³o wczeœniej rozpoznane w opar-ciu o terenowe zdjêcie geologiczne, nastêpnie wykorzy-stuj¹c ró¿ne metody wizualizacji NMT wyznaczono granicê osuwiska (ryc. 5) oraz g³ówne jego elementy (ryc. 6). Zmiennoœæ zobrazowañ danych ALS umo¿liwi³a uzy-skanie dodatkowych danych do interpretacji osuwiska. Zasiêg osuwiska wyznaczono równie¿ stosuj¹c metodê zmiennego oœwietlania modelu (reliefu) cieniowanego oraz bazuj¹c na stereoskopowej interpretacji rzeŸby terenu wizualizowanej w formie anaglifu. W podobny sposób zidentyfikowano skarpy osuwiskowe i progi oraz wyzna-czono obszary o wyraŸnie pagórkowatej, pofalowanej powierzchni terenu, œwiadcz¹cej o aktywnoœci osuwiska (ryc. 6).
W modelu rzeŸby terenu ALS (ryc. 6) wyraŸnie zazna-czaj¹ siê strefy oderwania materia³u skalnego, deponowa-nego poni¿ej w formie aktywdeponowa-nego jêzora. Pagórkowata powierzchnia tych form œwiadczy o ich aktywnoœci. Korzystaj¹c zatem z danych ALS podjêto próby wyznacze-nia m³odych i œwie¿ych osuniêæ wraz z kierunkami trans-portu materia³u koluwialnego. Ma to szczególne znaczenie na obszarach trudno dostêpnych i poroœniêtych
roœlinno-skarpa osuwiskowa (interpretacja danych ALS)
landslide scarps (interpretation of ALS data) C
A
C 0 100 200m
Ryc. 7. Porównanie mapy topograficznej w skali 1 : 10 000 (A) z danymi pochodz¹cymi z NMT LPIS 2003 (B) oraz z danymi ALS (C)
Fig. 7. Comparison of topographic map in scale of 1 : 10 000 (A) with data from the DTM LPIS 2003 (B) and ALS data (C)
379 m 275m 96 m skarpy osuwiskowe landslide scarps przewyzszenie: x2 vertical exaggeration: x2
Ryc. 8. Interpretacja skarp osuwiskowych na stoku D¹browskiej Góry na podstawie mapy spadków Fig. 8. Interpretation of landslide scarps on the slope Dabrowska Gora on a slope map
œci¹, która maskuje deformacje powierzchni terenu. Rycina 6 przedstawia fragment osuwiska rozwiniêtego wzd³u¿ drogi wojewódzkiej nr 975. W jego centralnej czêœci znaj-duje siê plac ze stacj¹ paliw, poni¿ej którego powsta³a skar-pa g³ówna osuwiska. W ci¹gu kilku ostatnich lat retro-gresja skarpy g³ównej postêpowa³a w kierunku drogi, coraz bardziej zagra¿aj¹c obiektowi. Dane ALS prezen-tuj¹ce stan na kwiecieñ 2010 dokumentuj¹ aktywn¹ strefê osuwiska powsta³¹ bezpoœrednio za stacj¹ paliw. WyraŸnie widoczne s¹ deformacje powierzchni w obrêbie koluwiów poni¿ej skarpy g³ównej. Nale¿y podkreœliæ, ¿e dolna czêœæ tego obszaru znajduje siê na terenach zalesionych.
Korzystaj¹c z danych ALS wygenerowano warstwice o ciêciu 1 m i porównano z map¹ topograficzn¹ w skali 1 : 10 000 i danymi pochodz¹cymi z NMT LPIS 2003 (Preuss & Kur-czyñski, 2002; ryc. 7). Rysunek poziomicowy z danych ALS znacznie przewy¿sza szczegó³owoœci¹ dotychczaso-we Ÿród³a informacji o tym terenie. Widoczne s¹ zestro-mienia stoku zwi¹zane ze skarpami osuwiskowymi lub z progami akumulacyjnymi oraz wyp³aszczenia w obrêbie osuwiska powsta³e w wyniku przemieszczenia mas skal-nych. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e obszar przedstawiony na ryci-nie porównawczej (ryc. 7) pokryty jest lasem, co dodat-kowo podkreœla zalety skaningu laserowego, skutecznie eliminuj¹cego wp³yw roœlinnoœci maskuj¹cej rzeŸbê osu-wiskow¹.
Porównuj¹c dane ALS z materia³ami terenowymi pozyskiwanymi w latach 2004–2006 stwierdzono, ¿e w obu przypadkach granice osuwiska s¹ podobne. Dane lase-rowe ze wzglêdu na swoj¹ wysok¹ dok³adnoœæ umo¿liwi³y uszczegó³owienie informacji o osuwisku. Ró¿nice s¹ zwi¹zane z aktywnoœci¹ osuwiska, która powoduje ci¹g³e powiêkszanie siê jego granic w górnych czêœciach stoku. Dok³adna analiza NMT ALS wykaza³a jednak problemy z identyfikacj¹ skarp osuwiskowych zlokalizowanych na stromych stokach D¹browskiej Góry. Na stoku tym udoku-mentowano w terenie kilkanaœcie skarp osi¹gaj¹cych 15 m wysokoœci, co nie znalaz³o jednoznacznego potwierdzenia w laserowym modelu rzeŸby terenu. Przyczyny tego stanu rzeczy nale¿y upatrywaæ w niewielkich ró¿nicach pomiê-dzy nachyleniem skarp osuwiskowych a nachyleniem sto-ku. Nachylenie skarp jest czêsto nieznacznie wiêksze od stromego nachylenia stoku, przez co formy te nie s¹ dostrzegane lub s¹ s³abo widoczne na poszczególnych wizualizacjach NMT. Dok³adn¹ lokalizacjê skarp wraz z ich geometri¹ uda³o siê wyznaczyæ poprzez analizy rysun-ków poziomicowych wygenerowanych z danych ALS (ryc. 7), zaœ szczególnie pomocne okaza³y siê tu wytyczone przekroje morfologiczne oraz sklasyfikowana mapa na-chyleñ powierzchni (ryc. 8). Œrednie nachylenie stoku wynosi 16,4°, w zwi¹zku z tym poszukiwano obszarów bardziej stromych od obliczonej wartoœci. Najlepsze rezul-taty w klasyfikacji mapy spadków uzyskano po przyjêciu przedzia³u 25,5°–90° (ryc. 8). Na otrzymanych wynikach górne zasiêgi bardziej stromo nachylonych obszarów uk³adaj¹ siê w pó³koliste i cylindryczne formy, które zin-terpretowaæ mo¿na jako skarpy osuwiskowe. W oparciu o powy¿sze analizy, na pó³nocnych stokach Góry D¹brow-skiej zidentyfikowano 40 skarp wtórnych zwi¹zanych z oderwaniem materia³u skalnego. Czêsto s¹ to formy ma³e, które w skali 1 : 10 000 nie zosta³yby zaznaczone na mapie.
PODSUMOWANIE I PERSPEKTYWY DALSZYCH BADAÑ
Rezultaty badañ przedstawione w niniejszym artykule pokazuj¹ du¿e mo¿liwoœci lotniczego skaningu laserowe-go w pomiarach inwentaryzowanych osuwisk. Wysokoroz-dzielczy NMT ALS dostarcza wiele informacji o rzeŸbie osuwiska, jego zasiêgu, morfometrii a nawet umo¿liwia wyznaczenie stref wzmo¿onej aktywnoœci. Du¿¹ zalet¹ metody jest mo¿liwoœæ filtracji danych i eliminacji pokry-cia roœlinnego. Ma to szczególne znaczenie w interpretacji osuwisk pokrytych lasem, gdzie z du¿¹ precyzj¹ mo¿na wyznaczyæ elementy wewn¹trzosuwiskowe. Umiejêtna analiza precyzyjnego NMT ALS pozwala na wstêpn¹ inter-pretacjê obszaru badawczego, co mo¿e znacznie przyspie-szyæ i ukierunkowaæ prace terenowe. Jak wykaza³a inter-pretacja osuwiska w Zbyszycach, szczegó³owe badanie wymaga jednak zastosowania kilku technik analitycznych i wizualizacyjnych oraz doœwiadczenia w konwencjonal-nym kartowaniu osuwisk.
Prace zwi¹zane z dalsz¹ inwentaryzacj¹ osuwisk na podstawie danych ALS bêd¹ kontynuowane na obszarze objêtym skanowaniem. Ponadto podejmowane s¹ próby integracji tych danych z satelitarn¹ interferometri¹ rada-row¹ (Perski i in., 2011), a w przysz³oœci NMT ALS wyko-rzystany zostanie do okreœlenia podatnoœci osuwiskowej obszaru badañ. Najwa¿niejszym jednak zadaniem bêdzie obliczenie modelu ró¿nicowego bazuj¹cego na danych laserowych, który w sposób iloœciowy okreœli dynamikê ruchów masowych, jak¹ mo¿na by³o obserwowaæ w roku 2010. Katastrofalne skutki intensywnych opadów atmosfe-rycznych wiosn¹ 2010 r., powoduj¹cych powstanie licz-nych osuwisk na obszarze Karpat, sk³oni³y Pañstwowy Instytut Geologiczny do przeprowadzenia lotniczego ska-ningu laserowego wykonanego w dniu 2 lipca 2010 r. na wybranych obszarach Karpat – jeden z tych obszarów dok³adnie pokrywa siê z prezentowanym w niniejszym artykule terenem badañ.
Kolejnym zagadnieniem podjêtym przez zespó³ jest automatyzacja poszczególnych etapów prac zwi¹zanych z inwentaryzacj¹ osuwisk, np. automatyczne wyznaczenie zasiêgu osuwiska na podstawie danych lotniczego skanin-gu laserowego.
Praca naukowa finansowana ze œrodków na naukê w latach 2009–2012 jako projekt badawczy MNiSW N N526 146037.
LITERATURA
BALDO M., BICOCCHI C., CHIOCCHINI U., GIORDAN D. & LOLLINO G. 2009 – LiDAR monitoring of mass wasting processes: The Radicofani landslide, Province of Siena, Central Italy. Geomor-phology, 10: 193–201.
BORKOWSKI A. 2004 – Modellierung von Oberflächen mit Diskonti-nuitäten. Deutsche Geodätische Kommission. München, Reihe C, Heft 575, 91 s.
BORKOWSKI A. 2006 – Lotniczy skaning laserowy jako metoda pozyskiwania danych dla potrzeb modelowania hydrodynamicznego. Aktualne problemy rolnictwa, gospodarki ¿ywnoœciowej i ochrony œro-dowiska. AR Wroc³aw: 129–136.
BORKOWSKI A. & JÓKÓW G. 2008 – Airborne Laser Scanning Data Filtering Using Flakes. The International Archives of the Photo-grammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII, Part B3b: 179–184.
BORKOWSKI A., PERSKI Z., WOJCIECHOWSKI T., JÓKÓW G. & WÓJCIK A. 2011 – Landslides mapping in Roznow lake vicinity,
Poland using airborne laser scanning data. Acta Geodyn. Geomater., 8, 3(163): 325–333.
BURTAN J., CIESZKOWSKI M., JAWOR E.& ŒL¥CZKA A. 1992 – Budowa geologiczna okna tektonicznego Klêczan – Limanowej. Przew. LXIII Zjazdu PTG, Wydawnictwo Instytutu Nauk Geologicznych PAN, Koninki: 171–179.
BURTAN J.& SKOCZYLAS-CISZEWSKA K. 1964 – Szczegó³owa Mapa Geologiczna Polski 1 : 50 000 (wydanie tymczasowe), arkusz Mêcina, WG Warszawa.
CHIGARA M., DUAN F., YAGI H. & FURUYA T. 2004 – Using an airborne laser scanner for the identification of shallow landslides and susceptibility assessment in an area of ignimbrite overlain by permeable pyroclastics. Landslides, 1: 203–209.
DIKAU R., BRUNSDEN D., SCHROTT L.& IBSEN L.M. (eds.).1996 – Landslide Recognition: Identification, Movement and Causes. Wiley & Sons, 251 s.
GORCZYCA E. 2004 – Przekszta³cenie stoków fliszowych przez pro-cesy masowe podczas katastrofalnych opadów (dorzecze £ososiny). Wydawnictwo UJ, Kraków, 101 s.
GRABOWSKI D. 2008 – System Os³ony Przeciwosuwiskowej SOPO. Prz. Geol., 56: 537–538.
GRABOWSKI D., MARCINIEC P., MROZEK T., NESCIERUK P., R¥CZKOWSKI W., WÓJCIK A. & ZIMNAL Z. 2008 – Instrukcja opracowania Mapy osuwisk i terenów zagro¿onych ruchami masowymi w skali 1 : 10 000. Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 92 s. HAUGERUD R. A., HARDING D. J., JOHNSON S.Y., HARLESS J. L.& Weaver C. S. 2003 – High-Resolution Lidar Topography of the Puget Lowland, Washington – A Bonanza for Earth Science. GSA Today, 13 (6): 4–10.
JABOYEDOFF M., OPPIKOFER T., ABELLA'N A., DERRON M. H., LOVE A., METZGER R. & PEDRAZZINI A. 2010 – Use of LIDAR in landslide investigations: a review. Natural Hazards, 61 (1), 5–28. NITA J., BARDZIÑSKI W., KUROWSKA E., LEWANDOWSKI J., MANOWSKA M., SALAMON T. & WOJCIECHOWSKI T. 2006 – Opracowanie studium wykonalnoœci mo¿liwoœci przesiedlenia ludnoœci zamieszkuj¹cej na obszarze osuwiska okreœlonej w Karcie Dokumenta-cyjnej Osuwiska nr 1 – stabilizacja osuwiska w miejscowoœci Zbyszyce w ci¹gu drogi gminnej nr 2523087 D¹browa–Zbyszyce (12/10/032/1). Urz¹d Gminy Gródek n/Dunajcem, 41 s.
OZIMKOWSKI W., RUBINKIEWICZ J, ŒMIGIELSKI M. &, KONON A. 2010 – Metodyka prac analitycznych i kartograficznych w
problematyce osuwisk karpackich w Polsce (w ramach projektu Syste-mu Os³ony Przeciwosuwiskowej SOPO). Wydawnictwo Liber. War-szawa, 73s.
PERSKI Z., BORKOWSKI A., WOJCIECHOWSKI T. & WÓJCIK A. 2011 – Application of persistent scatterers interferometry for landslide monitoring in the vicinity of Roznow Lake in Poland. Acta Geodyn. Geomater., 8, 3(163), 319–323.
POPRAWA D.& R¥CZKOWSKI W. 2003 – Osuwiska Karpat. Prz. Geol., 51 (8): 685–692.
PREUSS R.& KURCZYÑSKI Z. 2002 – Koncepcja wytworzenia orto-fotomapy Polski dla potrzeb systemu identyfikacji dzia³ek rolnych – LPIS. Szansa i wyzwanie. Geodeta, 8, (87).
R¥CZKOWSKI W. & MROZEK T. 2002 – Activating of landsliding in the Polish Flysch Carphatians by the end of the 20th
century. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 36: 91–111.
RAZAK K. A., STRAATSMA M.W., VAN WESTEN C. J., MALET J.-P. & DE JONG S.M. 2011 – Airborne laser scanning of forested landsli-des characterization: Terrain model quality and visualization. Geomor-phology, 126: 186–200.
SCHULZ W.H. 2007 – Landslide susceptibility revealed by LIDAR imagery and historical records, Seattle, Washington. Engineering Geo-logy, 89: 67–87.
SEKIGUCHI T. & SATO H.P. 2004 – Mapping of microtopography using airborne laser scanning. Landslides, 1: 195–202
STARKEL L. 1972 – Charakterystyka rzeŸby polskich Karpat i jej zna-czenie dla gospodarki ludzkiej. Probl. Zagosp. Ziem Górs., 10: 75–150. VARNES D. J. 1978 – Slope movement types and processes. [In:] Schuster R., Krizek R. (eds.) – Landslides – Analysis and control, Transportation Research Board, NRC Washington, D.C., Special Report, 176: 12–33.
VOSSELMAN G. & MAAS, H-G. 2010 – Airborne and terrestrial laser scanning. Whittles Publishing, Dunbeath.
WOJCIECHOWSKI T. 2007 – Osuwisko w Zbyszycach. Pr. Nauk. Inst. Gór. PWroc., 120, seria 49: 315–324.
ZUCHIEWICZ W. 1990 – Utwory czwartorzêdowe Pogórza Ro¿nowskiego w Karpatach Zachodnich. Quaternary deposits of the Ro¿nów Foothills, Polish West Carpathians. Prz. Geol., 38 (7–8): 307–315.
Praca wp³ynê³a do redakcji 6.07.2011 r. Po rezencji akceptowano do druku 3.11.2011 r.
