Przegl¹d Geologiczny, vol. 60, nr 2, 2012 ARTYKU£Y NAUKOWE Wykorzystanie lotniczego skaningu laserowego do inwentaryzacji i monitoringu osuwiska w rejonie £aœnicy (gmina Lanckorona), Pogórze Wielickie, Karpaty zewnêtrzne Marek Graniczny1, Miros³aw Kamiñski1, Anna Pi¹tkowska1, Maria Sura³a1 The use of airborne laser scanning for inventory and monitoring of landslides in the £aœnica area (Lanckorona Commune), Wielickie Foothills, Outer Carpathians. Prz. Geol, 60: 89–94. Abstract.Inrecent years a regular activity has been taken for the registration and monitoring of areas at risk of mass movements and landslides throughout Poland. Extensive inventory work in the M. Graniczny M. Kamiñski A. Pi¹tkowska M. Sura³a sites predisposed to occurrence of landslides, initi- ated a search in order to improve traditional methods of mapping landslides. The traditional method relies mainly on the analysis of topographic maps, geological and geomorphological mapping in the field. For areas of extreme danger the newer mainly non-invasive methods were tried to be used such as a satellite or aerial photos. In this article have been also tested one of the more modern methods of three-dimensional imaging earth – Airborne Laser Scanning. This method is applicable to the selected landslide in the region of £aœnica (Municipality Lanckorona). A major advantage of the method is the ability to filter out vegetation and other objects on the ground, which results in precise terrain model. Multiple imaging using laser scanning method, allows to obtain a precise differential model, thus in effect information on landslide activity. Keywords: Landslides, airborne laser scanning, Wielickie Foothill Wiosna i lato 2010 r. by³y okresem wyj¹tkowego nasi- mieszczenie pod³o¿a we wsiach: £aœnica, Podchybie, lenia siê procesów naturalnych o charakterze katastrofal- Izdebnik i Skawinki. W tej ostatniej pojawi³o siê nowe osu- nym w Polsce. W wyniku obfitych opadów deszczu wisko – usytuowane po przeciwnej (ni¿ £aœnica) stronie podniós³ siê poziom wody w potokach górskich Karpat i w zbocza doliny potoku Cedron. W sumie w okolicy Lancko- konsekwencji na rzece Wiœle. Wezbrane wody zala³y rony ruchy masowe zniszczy³y kilkadziesi¹t budynków. przedmieœcia Krakowa, przerwa³y wa³ powodziowy w Wiele domów zosta³o uszkodzonych tak, ¿e nie nadawa³y Nowej Hucie oraz zala³y ni¿ej po³o¿one tereny na obszarze siê do zamieszkania, a kilka uleg³o ca³kowitej dewastacji. Œl¹ska. Fala powodziowa dotar³a nastêpnie do Sandomie- Destrukcyjny charakter procesów osuwiskowych znisz- rza i przesuwa³a siê dalej na pó³noc, a¿ po Warszawê. Tak czy³ nie tylko domy, ale równie¿ drogi. jak po katastrofalnej powodzi w 1997 r., w nastêpstwie Wa¿niejsze prace interwencyjne przy osuwiskach zle- intensywnych opadów powoduj¹cych wezbrania powo- cane s¹ przez Ministerstwo Œrodowiska, finansowane ze dziowe na szerok¹ skalê uaktywni³y siê osuwiska, przede œrodków wyp³acanych przez Narodowy Fundusz Ochrony wszystkim na terenie Karpat. Œrodowiska, a realizowane i koordynowane przez W 2010 r. w Ma³opolsce zarejestrowano ponad 1300 Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut osuwisk. Wyst¹pi³y one g³ównie w gminie Lanckorona Badawczy w ramach projektu SOPO (System Os³ony Prze- (powiat wadowicki), powiecie limanowskim (gminie ciwosuwiskowej). Laskowa i gminie Limanowa – g³ównie w K³odne) oraz w Tradycyjna metoda inwentaryzacji osuwisk polega powiecie nowos¹deckim. Uszkodzonych i zagro¿onych g³ównie na analizie szczegó³owych map topograficznych uszkodzeniem zosta³o ponad 1000 domów, co spowodo- oraz kartowaniu geologicznym i geomorfologicznym w wa³o koniecznoœæ przesiedlenia mieszkañców. W³adze terenie (Grabowski i in., 2008). Jest ona czasoch³onna i lokalne ca³ego województwa czêsto nie kry³y przera¿enia uci¹¿liwa (wiele osuwisk na obszarach górskich jest trud- rozmiarami przemieszczeñ mas ziemi, zw³aszcza, ¿e zie- no dostêpnych), wymagaj¹ca doskona³ej kondycji oraz czê- mia nasi¹kniêta wod¹ wysycha bardzo d³ugo i stanowi sto prowadzona jest w trudnych warunkach pogodowych. nadal zagro¿enie (Forowicz, 2010). Precyzja kartowania terenowego osuwisk jest w du¿ej mie- Szczególnie katastrofalny charakter mia³y procesy osu- rze uzale¿niona od doœwiadczenia terenowego kartuj¹cego wiskowe w okolicach Lanckorony. Po d³ugotrwa³ych i geologa. Jednoczeœnie rzeŸba terenu na mapach topogra- obfitych deszczach, 21 maja nast¹pi³o grawitacyjne prze- ficznych w skali1:10000jest mocno zgeneralizowana i 1Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]. 89 Przegl¹d Geologiczny, vol. 60, nr 2, 2012 geologów, którzy mog¹ analizowaæ 19°' 45 szczegó³owo elementy rzeŸby tere- nu, w tym formy osuwiskowe. Kalwaria Zebrzydowska Powtórny skaning laserowy, wyko- nany w trakcie kolejnych nalotów na tym samym obszarze, ukazuje dyna- Cedron Lanckorona mikê zmian rzeŸby (ruchy pionowe i Su³kowice poziome), a tym samym stanowi doskona³y instrument do monitorin- gu powierzchniowego osuwisk na 50°' 00 znacznych obszarach. Powy¿sza Stryszów metoda zosta³a przetestowana na osu- wiskach w rejonie £aœnicy, naloty i przetwarzanie danych laserowych Pogórze Wielickie wykona³a firma MGGP Aero Sp.z.o.o. Wielickie Foothill Jej wyniki przedstawiono w niniejszym artykule. Lotniczy skaning laserowy jest 0 1,5 3km Harbutówka znany od ponad 10 lat (Wê¿yk i in., 2008). Próby wykorzystania techni- Ryc. 1. Lokalizacja terenu badañ ki pomiaru odleg³oœci z lec¹cego Fig. 1. Location of study area samolotu przy u¿yciu lasera rozpo- czê³y siê ju¿ w latach szeœædzie- dlatego analiza przebiegu poziomic jest czêsto w niewiel- si¹tych dwudziestego wieku. Jednak¿e dopiero opracowanie kim stopniu przydatna do interpretacji geologicznej i geo- mechanizmu skanuj¹cego we wczesnych latach dziewiêæ- morfologicznej. Zazwyczaj, przy kartowaniu osuwisk dziesi¹tych spowodowa³o gwa³towny rozwój tej technolo- bardzo przydatn¹ metod¹ jest interpretacja stereoskopo- gii, jak równie¿ zwiêkszy³o zainteresowanie potencjalnych wych zdjêæ lotniczych. Jednak i w tym przypadku wyko- u¿ytkowników (Petrie & Toth, 2009 a,b). Obecnie wyniki rzystanie tej metody na obszarze Karpat jest ograniczone z pomiaru ALS znajduj¹ coraz szersze zastosowania w opra- uwagi na zwart¹ pokrywê leœn¹. cowaniach fotogrametrycznych dla potrzeb geodezji, karto- W tym aspekcie nowe mo¿liwoœci w zakresie inwenta- grafii, ochrony œrodowiska, archeologii, geologii oraz ryzacji i monitoringu osuwisk stwarza lotniczy skaning wielu innych dziedzin. laserowy (ALS – Airborne Laser Scanning). Ide¹ dzia³ania Ze wzglêdu na du¿e podobieñstwo technologii pomiaru skaningu laserowego jest pomiar czasu pomiêdzy emisj¹ a skanerem laserowym do radaru (przy czym laser wykorzy- odbiorem impulsu laserowego, pozwalaj¹cy na wyznacze- stuje falê w zakresie optycznym, natomiast radar w mikro- nie odleg³oœci od sensora, umieszczonego na pok³adzie falowym), skaner laserowy nazywany jest równie¿ radarem samolotu, do punktów powierzchni topograficznej. Istotn¹ laserowym lub LIDARem (Light Detection and Ranging) zalet¹ metody jest mo¿liwoœæ eliminacji pokrycia roœlinne- (Kurczyñski, 2006). Ide¹ skaningu laserowego jest pomiar go terenu, czêsto skutecznie maskuj¹cego elementy rzeŸby. odleg³oœci od lasera umieszczonego na pok³adzie samolotu Metoda ta zosta³a z dobrym skutkiem zastosowana na osu- do punktów na powierzchni terenu. Je¿eli punkty s¹ mie- wiskach w rejonie £aœnicy (ryc.1). rzone z du¿¹ czêstotliwoœci¹, w stosunkowo niewielkiej odleg³oœci od siebie (rzêdu metra), to efektem pomiaru ZARYS METODYKI bêdzie quasi-ci¹g³a, trójwymiarowa reprezentacja powierzchni terenu. Promieñ œwiat³a z dalmierza laserowego, umiesz- Obecne systemy skanuj¹ce oprócz pierwszego i ostat- czonego na pok³adzie samolotu dziêki zwierciad³u obroto- niego odbicia maj¹ mo¿liwoœæ rejestracji wielu odbiæ wemu lub uk³adowi œwiat³owodów, pada na teren, mierz¹c impulsu laserowego. Wynikiem skanowania jest zbiór punkty w p³aszczyŸnie poprzecznej do kierunku lotu. Ruch wspó³rzêdnych przestrzennych, potocznie nazywany samolotu zapewnia pomiar kolejnych profili. W ten sposób „chmur¹ punktów” (points cloud). Wspó³rzêdne X,Y,Z mierzony jest pas terenu o szerokoœci kilkuset metrów. punktów wyznaczane s¹ dziêki integracji systemów pozy- Impuls wi¹zki laserowej padaj¹cy na powierzchniê cjonowania – GPS i nawigacyjnego – INS. Dane te s¹ terenu mo¿e odbiæ siê wiêcej ni¿ jeden raz. Na przyk³ad na nastêpnie poddane procesowi filtracji, w wyniku którego obszarze zadrzewionym czêœæ wi¹zki œwiat³a laserowego mo¿na wydobyæ ró¿nego rodzaju obiekty 3D. Podstawo- odbija siê od koron drzew, podczas gdy reszta przechodzi wymi produktami, które mo¿na otrzymaæ w wyniku skano- w g³¹b i odbija siê od powierzchni terenu. Pomiêdzy pierw- wania laserowego s¹: Numeryczny Model Pokrycia Terenu szym a ostatnim odbiciem (np. koron¹ drzewa a terenem) (Digital Surface Model) oraz Numeryczny Model Terenu nastêpuj¹ odbicia poœrednie (od ni¿szych ga³êzi, od krze- (Digital Terrain Model) (Kurczyñski, 2006). Pierwszy z wów). Najnowsze systemy umo¿liwiaj¹ rejestracje pierw- nich przedstawia przestrzenne odwzorowanie powierzchni szego i ostatniego odbicia, jak równie¿ kilku odbiæ terenu wraz ze wszystkimi obiektami znajduj¹cymi siê na poœrednich. Wskazuje to na ogromn¹ przewagê skaningu niej, w tym pokryw¹ roœlinn¹ (np. lasy), na drugim widzi- laserowego nad zdjêciami fotogrametrycznymi, gdy¿ dziê- my za to sam¹ powierzchniê bez wegetacji czy budynków ki rejestracji