Izrada karata klizišta primjenom LiDAR tehnologije

Poslijediplomski studij

Autor: dr. sc. Sanja Bernat Gazibara, mag.ing.geol.

Klizanje je kretanje mase stijena ili tla niz padinu (Cruden, 1991). Klizišta predstavljaju ozbiljan problem u gotovo svim dijelovima svijeta jer uzrokuju ekonomske ili socijalne gubitke, izravne ili neizravne, na privatnim i/ili javnim dobrima (slika 1). Istraživanje klizišta i procjena opasnosti od klizanja u domeni je geoznanosti, a konačni rezultati su karte postojećih klizišta i prognostičke karte koje su informacija za širok spektar korisnika, najčešće iz domene lokalne, regionalne i nacionalne uprave. Karte hazarda klizanja nastaju kao rezultat prostornih analiza, a za njihovu izradu nužni su detaljni i potpuni inventari klizišta. Primjena daljinskih istraživanja u geoznanosti je u posljednjih petnaestak godina brzo napredovala (Jaboyedoff, 2012) zbog toga što daljinska istraživanja omogućavaju dobivanje 3D informacija o površini terena s visokom preciznosti i prostornom rezolucijom te omogućavaju razvoj novih metoda istraživanja u inženjerskoj geologiji. Karte klizišta prikazuju granice klizišta i opisne podatke kao što su datum aktiviranja klizišta, provedeni istraživački radovi i mjere sanacije, te podatke o tipu klizišta, veličini i dubini klizišta. Ovakve kartografske baze podataka o klizištima do danas su izrađivane samo na području podsljemenske zone Grada Zagreba (Bernat Gazibara et al, 2019a; Bernat Gazibara et al., 2019b) i Vinodolske udoline (Đomlija, 2018). Jedan od razloga je što u Hrvatskoj nije uspostavljeno sustavno prikupljanje podataka o aktiviranim klizištima, a drugi razlog je taj što detaljno kartiranje klizišta na većim područjima iziskuje primjenu metoda daljinskih istraživanja koje se u Hrvatskoj primjenjuju tek unatrag nekoliko godine.

 

20200515 4

Slika 1 Štete na srednje velikom klizištu u Hrvatskoj Kostajnici aktiviranom u ožujku 2018. godine kao posljedica ekstremnih oborina.

Karte klizišta se mogu podijeli na tri skupine: inventari klizišta (eng. landslide inventory map), karte gustoće klizišta (eng. landlide density maps) i karte hazarda klizišta (eng. landslide hazard maps). Inventari klizišta prikazuju područja na kojima se dogodilo klizanje, karte gustoće klizanja prikazuju prostornu distribuciju klizišta, a karte hazarda predstavljaju prognozne karte koje prikazuju stupanj podložnosti, hazarda ili rizika od klizanja na nekom području (Corominas et al, 2013).

Inventari klizišta mogu biti: (i) jednostavni, ukoliko prikazuju samo prostorni položaj klizišta, odnosno granicu klizišta na površini terena ili; (ii) detaljni gdje je svako klizište okontureno, te je za njega opisan tip pokreta, aktivnost, brzina gibanja, geološka starost naslaga, dubina klizanja i materijali koji su zahvaćeni klizanjem, a na karti je prikazana glavna pukotina, zona usijedanja i zona akumulacije. Za razliku od drugih geohazarda, kao što su potresi i poplave, izrada inventara klizišta je zahtjevan postupak. Naime, popunjavanje baze o klizištima uključuje kartiranje i opis jednog po jednog klizišta kroz vrlo dug vremenski period, a to u većini zemalja radi nekoliko državnih agencija u čijim nadležnostima je arhiviranje podataka o klizištima. Kako bi se izradile pouzdane karte klizišta za procjenu podložnosti, hazarda i rizika od klizanja, nužno je izraditi inventar klizišta koji je potpun, i prostorno i vremenski, odnosno koji sadrži lokaciju i datum aktiviranja svih klizišta koja su se aktivirala u nekom vremenskom periodu.

Karte inventara klizišta se mogu izraditi korištenjem različitih tehnika, a izbor tehnike ovisi o namjeni karte klizišta, veličini istraživanog područja, mjerilu dostupnih topografskih podloga, zatim o mjerilu, rezoluciji i svojstvima dostupnih snimaka, vještini i iskustvu istraživača, ali i o raspoloživim financijskim sredstvima. Podloge dobivene daljinskim metodama istraživanja koje se najčešće primjenjuju prilikom izrade inventara klizišta su avionske snimke, optičke, termalne i mikrovalne radarske snimke te podaci dobiveni laserskim skeniranjem. Metode istraživanja koje se primjenjuju za izradu karata inventara klizišta mogu se podijeliti na nekoliko grupa: (i) vizualna interpretacija snimaka, (ii) (polu)automatizirana klasifikacija snimaka na temelju spektralnih svojstava, (iii) (polu)automatizirana klasifikacija snimaka na temelju topografskih svojstava, (iv) terenske metode istraživanja, (vi) prikupljanje povijesnih podataka, (vii) metode datiranja starosti klizišta, (viii) monitoring klizišta (van Westen et al, 2008).

Tehnologija laserskog skeniranja (eng. laser scanning) je metoda daljinskog istraživanja koja na potpuno automatiziran i efikasan način omogućava prikupljanje velike količine prostornih podataka. Napretkom tehnologije laserskog skeniranja proširilo se područje primjene, te danas uglavnom obuhvaća prostorno modeliranje, prostornu vizualizaciju i detekciju promjena (Rohrbach, 2007). LiDAR (eng. Light Detection and Ranging) je skraćenica koja se koristi za 3D lasersko skeniranje, odnosno postupak snimanja objekata korištenjem preciznog uređaja, laserskog skenera koji radi na principu odašiljanja laserskih zraka prema objektu te mjeri njihovu refleksiju od objekta. Kombinacija izmjerene udaljenosti i kuta s određenog stajališta daje koordinate tražene točke u 3D prostoru. Rezultat je skup trodimenzionalnih XYZ točaka koji se naziva oblak točaka (eng. point cloud) prikazan na slici 2.

20200515 5

 Slika 2 Oblak točaka (točke klasificirane kao klasa 2) dobiven laserskim skeniranjem u prosincu 2013. godine, prikazan na digitalnom ortofoto snimku (Bernat Gazibara, 2019).

Tipovi klizišta koji se najčešće identificiraju i kartiraju na LiDAR DMT-u visoke rezolucije su velika rotacijska i kompleksna klizišta, plitka klizišta te debritni tokovi. Kartiranje se pokazalo efikasno na obrađenim poljoprivrednim površinama i šumskim područjima, ali i za identificiranje relativno starih klizišta i recentnih klizišta. Većina provedenih istraživanja obuhvaća područja površinom manja od 100 km2, a najčešći je razlog ograničena dostupnost LiDAR-skih podataka. Rezolucija DMT-a korištenih za identifikaciju i kartiranje klizišta (slika 3) prije desetak godina iznosila je od 2 do 5 m , a s razvojem tehnologije laserskog skeniranja rezolucija se povećava, te se u posljednjih godina najčešće koriste DMT rezolucija 1 m pa sve do 0,3 m. Pomoću alata u GIS programima, iz digitalnog modela terena bez vegetacije mogu se izraditi mnogobrojne morfometrijske karte koje se koriste prilikom vizualne identifikacije i kartiranja klizišta. Najčešće korištene morfometrijske karte su karta osjenčanog reljefa, karta nagiba i karta slojnica ekvidistancije 1 ili 2 m (slika 4). Pomoć pri identifikaciji klizišta su i topografski profili, te karta zakrivljenosti, karta hrapavosti, karta orijentacije padine, karta vlažnosti terena i karta akumulacije toka. Identifikacija klizišta temelji se na prepoznavanju karakteristične morfologije klizišta, odnosno pojedinih elemenata klizišta kao što su glavna pukotina, konkavna zona depresije te konveksna stopa klizišta. Morfologija klizišta može biti jasno izražena ukoliko se radi o recentnoj pojavi klizišta, ili slabo izražena ako je klizište relativno staro ili ako je površina klizišta izmijenjena uslijed antropogenih aktivnosti, kao što su poljoprivreda, iskapanje, nasipavanje, sanacija klizišta itd.

20200515 6

Slika 3 Prostorna rezolucija digitalnog modela terena na primjeru klizišta u ulici Vrhovec dimenzija 50x35 m: a) DMT rezolucije 2 m; b) DMT rezolucije 1 m; c) DMT rezolucije 0,5 m (Bernat Gazibara, 2019).

20200515 7

Slika 4 Primjer klizišta identificiranih i kartiranih na izvedenim morfometrijskih kartama: (a) prozirna karta nagiba na karti osjenčanog reljefa sa slojnicama ekvidistancije 1m; (b) karta osjenčanosti terena; (c) karta nagiba terena; (d) karta slojnica ekvidistancije 1 m (Bernat Gazibara, 2019).

Reference:

Bernat Gazibara, S., Krkač, M., Mihalić Arbanas, S. (2019): Landslide inventory mapping using LiDAR data in the City of Zagreb (Croatia). Journal of Maps 15 (2), 773-779.

Bernat Gazibara, S., Krkač, M., Mihalić Arbanas, S. (2019): Verification of historical landslide inventory maps for the Podsljeme area in the City of Zagreb using LiDAR-based landslide inventory. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 34 (1), 45-58.

Corominas J., van Westen C., Frattini P., Cascini L., Malet J.P., Fotopoulou S., Catani F., Van Den Eeckhaut M., Mavrouli O., Agliardi F., Pitilakis K., Winter M.G., Pastor M., Ferlisi S., Tofani V., Hervas J., Smith J.T. (2013): Recommendations for the quantitative analysis of landslide risk. Bull Eng Geol Environ (2013), Volume 73, Issue 2, pp. 209–263.

Cruden D.M. (1991): A simple definition of a landslide. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 43, 27.

Đomlija, P. (2018.): Identifikacija i klasifikacija klizišta i erozije vizualnom interpretacijom digitalnoga modela reljefa Vinodolske udoline 2018., doktorska disertacija, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb, 527 str.

Jaboyedoff M.,Choffet M., Derron M.H., Horton P., Loye A., Longchamp C., Mazotti B., Michoud C., Pedrazzini A. (2012): Preliminary Slope Mass Movement Susceptibility Mapping Using DEM and LiDAR DEM. Terrigenous Mass Movements, 109-170.

Rohrbach A. (2007): Basics of Airborne LIDAR Sensing Technology. LIDAR Workshop, ISPRS Commision 1, Ljubljana.

van Westen C.J., Castellanos E., Kuriakose S.L. (2008): Spatial data for landslide susceptibility, hazard, and vulnerability assessment: an overview. Engineering Geology 102, pp. 112–131.

_________________________________________________________________________________

dr. sc. Sanja Bernat Gazibara, mag. ing. geol. je poslijedoktorandica na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirala je 11.5.2019. godine s doktorskim radom pod nazivom Metodologija izrade karata klizišta korištenjem digitalnoga modela terena visoke rezolucije u podsljemenskoj zoni Grada Zagreba. Članica je Hrvatske grupe za klizišta.

E-portfolio https://moodle.srce.hr/eportfolio/user/view.php?id=8916

ResearchGate https://www.researchgate.net/profile/Sanja_Bernat_Gazibara

Google Scholar https://scholar.google.com/citations?user=3FVnSloAAAAJ&hl=en

CROSBI https://www.bib.irb.hr/pregled/znanstvenici/340202

Hrvatska grupa za klizišta https://www.klizista-hr.com/