應用(yong)方案—通過紅(hong)外熱成像技術檢測完(wan)整巖石(shi)橋

巖體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)侵蝕(shi)過程(cheng)取(qu)決于完整巖石的(de)(de)(de)特性(xing)和(he)脆性(xing)結(jie)構，例如節(jie)理(li)和(he)其(qi)他不連續性(xing)。在(zai)陡峭的(de)(de)(de)基巖景觀中(zhong)，落石是(shi)調節(jie)總體(ti)侵蝕(shi)率的(de)(de)(de)主要過程(cheng)。在(zai)某些地形（特別是(shi)花崗巖）中(zhong)，巖石崩落通常是(shi)由沿著表(biao)面平(ping)行的(de)(de)(de)裂縫形成(cheng)的(de)(de)(de)假巖塊(kuai)脫落而形成(cheng)的(de)(de)(de)，這些裂縫被稱為薄片(pian)縫。剝離片(pian)通常通過所謂的(de)(de)(de)“巖石橋”與巖石連接，其(qi)中(zhong)片(pian)狀節(jie)理(li)尚未傳播。

最(zui)近的工作已(yi)經開始探索巖(yan)(yan)(yan)(yan)石橋梁在確定(ding)各種落(luo)(luo)石和滑坡破壞模式方(fang)面的作用(yong)。這些(xie)研(yan)(yan)究清楚地表(biao)明，巖(yan)(yan)(yan)(yan)橋的空間分布對于(yu)(yu)理(li)解(jie)節理(li)巖(yan)(yan)(yan)(yan)體的穩定(ding)性至關重要。人們已(yi)經認識(shi)到巖(yan)(yan)(yan)(yan)石橋梁和階梯路徑幾何形狀對于(yu)(yu)邊(bian)坡穩定(ding)性分析的重要性。近年來，用(yong)于(yu)(yu)在圖像(xiang)和帶紋(wen)理(li)的3D點云上繪制(zhi)巖(yan)(yan)(yan)(yan)橋的技術已(yi)得到顯著改善。然而，這些(xie)落(luo)(luo)石后(hou)測(ce)(ce)繪方(fang)法受到暴露偏(pian)差的影響取(qu)決(jue)于(yu)(yu)露頭的可及性和可見性。最(zui)近的一項研(yan)(yan)究提(ti)議在巖(yan)(yan)(yan)(yan)崩(beng)事件發生之前(qian)直接(jie)進行(xing)工作，以結(jie)合(he)遙感和菲爾德制(zhi)圖研(yan)(yan)究的觀測(ce)(ce)結(jie)果，繪制(zhi)完整(zheng)的巖(yan)(yan)(yan)(yan)石橋梁。并且到目(mu)前(qian)為止，尚未對實際完整(zheng)的巖(yan)(yan)(yan)(yan)石橋梁進行(xing)遠程(cheng)檢測(ce)(ce)。

圖1為紅外熱像儀拍攝的山體東南面正視圖

為了滿足這一需求，瑞(rui)士洛桑大學地(di)球(qiu)科學研究所通過將紅外(wai)熱(re)成像(xiang)技(ji)術與(yu)地(di)面(mian)激光(guang)掃(sao)描技(ji)術結合起(qi)來，遠程檢測位(wei)于(yu)優勝(sheng)美(mei)地(di)山谷（美(mei)國(guo)加利(li)福(fu)尼亞州）的(de)(de)(de)(de)El Capitan的(de)(de)(de)(de)東南面(mian)完(wan)整(zheng)的(de)(de)(de)(de)巖(yan)石(shi)橋(qiao)。在1000米高的(de)(de)(de)(de)懸崖(ya)上進行了四個小時的(de)(de)(de)(de)紅外(wai)熱(re)監測，該溫(wen)度(du)已在溫(wen)度(du)下校準并進行了發(fa)射率(lv)效應校正。在兩個定(ding)界(jie)的(de)(de)(de)(de)剝落薄(bo)片(pian)表面(mian)上出(chu)現的(de)(de)(de)(de)熱(re)異常現象解釋為巖(yan)石(shi)橋(qiao)存在的(de)(de)(de)(de)跡象，得出(chu)了可(ke)能的(de)(de)(de)(de)巖(yan)石(shi)橋(qiao)梁大小的(de)(de)(de)(de)估計值，然后將其(qi)用于(yu)評(ping)估兩個受監控的(de)(de)(de)(de)剝離薄(bo)片(pian)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性條件(jian)。

圖2為(wei)紅外熱像儀拍攝的山體全(quan)景圖

紅外熱(re)全景圖(tu)顯示了兩(liang)個花崗巖(yan)剝(bo)落(luo)板(ban)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷熱(re)特征，這(zhe)與空(kong)氣循環冷卻(que)部分(fen)分(fen)離的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)板(ban)背(bei)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)預(yu)期一致。科(ke)學家發現，兩(liang)個受監(jian)控(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)假巖(yan)塊始終比周(zhou)圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)圍墻溫度(du)更(geng)低，這(zhe)種較冷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)信號解釋為(wei)空(kong)氣循環的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果，該空(kong)氣循環包裹并冷卻(que)了來(lai)自分(fen)離零件(jian)。即使在夜間(jian)巖(yan)石冷卻(que)期間(jian)，這(zhe)些相同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)層上仍(reng)存在小范圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)異(yi)常溫度(du)。通過巖(yan)石橋(qiao)梁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)巖(yan)石附著可能是熱(re)數(shu)據(ju)異(yi)常溫暖(nuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因。基于熱(re)激(ji)(ji)光和地面激(ji)(ji)光雷達的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組合(he)成像，并使用(yong)幾何和巖(yan)石斷裂力學分(fen)析，能夠量化兩(liang)張板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)。通過分(fen)析表(biao)明，熱(re)成像技(ji)術(shu)可以遠程(cheng)檢測完整的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)巖(yan)石橋(qiao)梁，從而大大改善(shan)了落(luo)石危險性(xing)評估(gu)。

參考資料：

Antoine Guerin, Michel Jaboyedof, Brian D. Collins, et al. Detection of rock bridges by infrared thermal imaging and modeling[J]. Scientific Reports. 9, 13138, 2019.