在军事行动中，直升机因其灵活性和多功能性，被广泛应用于空中侦察、兵力投送、战场救援以及精确打击等任务，尤其在地形复杂、基础设施受损或缺乏的地区，直升机能够迅速响应各种战术需求（Adu et al.，2024; Mischie，2018）。然而，在高寒、高原、山地等复杂地质环境中，选址工作面临诸多挑战。这些地区通常地势陡峭，气候条件恶劣，极端天气频发，且地表覆盖类型多样，为直升机临时起降场的选址带来了极大的困难（Kroh，2020）。目前，直升机临时起降场的选址主要依赖于野外勘察、定性分析和半定量方法，但在复杂地质环境下，这些方法常常面临评估因子不全面、效率低、精度不足以及对人工经验依赖过强等问题，难以满足信息化战争和应急救援的需求（Garg et al.，2015; Zimmermann et al.，2015）。因此，如何在大规模复杂地质环境中实现多因素约束下直升机起降场选址的准确、高效评估，成为本研究的重点。

国内外学者们对补给基地、机场、仓库等规划选址进行了广泛的研究，提出了很多规划选址的方法和模型，为直升机临时起降规划选址积累了大量宝贵经验（王沧海等，2022）。复杂地质环境下的直升机选址涉及众多因素，包括地形地貌、自然地理、岩土体特征、地质灾害以及构造等多个方面（任志国等，2012; 刘超等，2024）。早期的选址研究可追溯到 20 世纪 50 年代，彼时的研究主要集中于单一要素的定性分析。随着 GIS 技术、遥感技术、人工智能技术以及计算机视觉技术的不断发展，可以轻易获取与直升机选址相关的各类图件或数据，研究者们开始提出能够融合多因子的人工规则选址方法来定性的评价多因子对选址的影响（李滨等，2022; 周保等，2022; 费香泽等，2023）。例如，郭永强等（2015） 应用了多层次灰色综合评价法，在舰载直升机机场选址中综合考虑了气候条件、地理位置和周边环境等多种因素，取得了良好的效果。张强等（2022）利用数字高程模型（DEM）提取地形特征（如坡度和起伏度），结合 GIS 的空间分析技术，提高了高难山地选址的合理性和安全性。 Schuurman 等（ Schuurman et al.，2009; Fang Shuping et al.，2023）则通过 GIS 结合人口数据和道路网络数据的空间分析方法，优化了直升机紧急医疗服务设施的选址。

然而，这类方法依赖大量人力成本、缺乏及时性和客观性，随着评估因素的增多，方法复杂度和计算量相对较大。此外，以往研究，主要考虑地理因子（何尧等，2021），而复杂地质环境中地质要素中的岩土体分布、构造、地质灾害等同样阻碍直升机选址（Cunden et al.，2020; Liu Kenan，2022; He Kang et al.，2023）。

针对上述问题，笔者提出了一种基于加权信息量法的复杂地质环境直升机选址模型。该模型利用加权信息量法客观量化影响因素与工程选址之间的定量关系（ He Handong et al.，2019）; 引入自然间断点分级法（ Jenks）对选址规则进行自适应分类（Gui Rongjie et al.，2022）; 最后，采用 Alpha Shape 算法和装备地面障碍规避安全距离的自适应滤波（He Kang et al.，2020）。通过这些创新性方法，模型不仅能够综合考虑多种地理和地质要素，如 DEM、坡度、起伏度、坡位指数、土体、岩体、构造、地质灾害和土地覆盖等，还能够在复杂地质环境中实现直升机临时起降场的自动化和高效选址。

1 选址思路与原则

1.1 选址思路

高寒、高原、山地等复杂地质环境直升机临时起降场选址必须要充分考虑其在未知区域中快速行动中的军事利用价值，确保其选址能够适应复杂多变的地形地质条件，具备快速部署能力，最大限度地提高军事行动的灵活性和战术优势（ 王沧海等，2022）。首先，优先考虑坡度小、地形起伏度低的地带，以确保直升机起降过程中的稳定性和安全性。其次，应选择地质灾害风险低的区域，远离崩塌、滑坡、泥石流、地质构造带等高危地质灾害区; 岩土体类型要求具备较高的承载能力和稳定性，避免在松散、软弱或易变形的土层区域选址。再次应当满足装备自身起降重量和最小半径要求、便于集结、疏散等需求。因此，应当重点立足于场区开阔、地质条件稳定、交通便利等原则对选址问题进行研究，确保优选目标地域具有足够的保障效能。

1.2 选址原则

地形条件:①平坦开阔:起降场应尽量选择平坦、开阔的区域，以减少地形对直升机操作的影响。避免选择在坡度较大的地方。 ②无障碍物:起降区及其周围应没有高大的建筑物、树木、电线或其他障碍物，以避免对直升机起降过程产生干扰。

空间条件:①足够的尺寸:临时起降场的大小应能满足直升机旋翼的旋转空间和安全操作需要。一般建议起降区直径至少为直升机主旋翼直径的两倍。 ②安全进出航线:起降场的进出航线应平直且无障碍物，方便直升机安全地起飞和降落（张强等，2022）。

地质稳定性:①稳定的地质条件:起降场应选择在地质条件稳定的区域，避免位于地质活跃带，如活动断层带、崩塌和滑坡易发区、泥石流危险区。这样的区域容易出现地面沉降或震动，可能对直升机的起降构成威胁。 ②避免松散或不稳定的土壤:避免在过于松散或结构不稳定的土壤（如沙丘、泥土堆积区）上设置起降场，以防止地面在起降过程中产生过大的变形或位移。

交通保障:方便的地面通行条件:起降场应尽可能靠近地面交通线路，以便于人员、设备和物资的快速集结与疏散。

1.3 指标选取

基于以上逻辑，构建了包括地理因素、地质因素、装备参数 3 个因素、8 个评价指标的直升机临时起降场选址的综合评价指标体系。地理因素包括 DEM、土地覆盖、坡度和起伏度; 地质因素包括岩土体分布、土壤圆锥指数、地质灾害和地质构造; 装备参数包括最大起飞重量和旋翼直径。土壤圆锥指数（Remold Cone Index，RCI），用于表示土壤的强度和承压能力。通常情况下，RCI 值越高，表示土壤在扰动后仍然具有较高的强度和承载能力（高晖春等，2024）。以往的起降场选址研究主要关注 DEM、坡度和起伏度 3 类因子。笔者等进一步引入了土地覆盖类型、岩土体分布、RCI 指数、地质灾害和地质构造作为补充因子。

2 研究区地质环境数据

2.1 地理条件

研究区以其复杂的地形地貌著称（ Chestnov，2015），海拔从低谷的数百米骤升至高峰的 7000 m 以上。研究区内河流密布，主要包括某河及其支流，这些河流切割出深邃的峡谷和山谷，形成了典型的高山峡谷地形。该区域的气候受海拔高度的强烈影响，从温带至寒带气候不等，高海拔地区常年积雪，冬季严寒，夏季温和。植被覆盖随着海拔变化显著，从低海拔的稀疏森林到高海拔的冰川和裸露岩石带。该区域的交通条件相对较差，许多地方仍然依赖简易道路或步道连接，尤其在高海拔、寒冷气候、以及难以通行的山地地形，使得传统军事力量的投放和补给困难重重，直升机和无人机等空中力量因此成为重要的作战工具和研究重点。

2.2 地质条件

研究区的地质构造极为复杂，是两大板块碰撞带的一部分（ Ahmad et al.，2014）。研究区频繁的构造运动导致断层和褶皱发育，构造活动剧烈，地震活动频繁。地质灾害如滑坡、泥石流和冰川湖溃决等在该地区时有发生。这些复杂的地质条件对直升机临时起降场的选址提出了更高的要求，需特别关注岩土体的类型、断层活动性以及潜在的地质灾害风险（Lu Yue et al.，2023）。

2.3 地质和地理数据

笔者等使用的地质和地理数据集包括:地质灾害隐患、DEM、坡度、起伏度、土地覆盖、岩土体类型、土壤圆锥指数（RCI）、地质构造。通过谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）获取了 Landsat-8 和 DEM 影像。基于 DEM 数据，衍生出了坡度、起伏度数据。通过“人工目视解译+实地调查”的方式解译了地质灾害隐患、岩体和土体分布、地质构造。土地覆盖类型数据来源于欧洲空间局（ESA）提供的全球数据集。所有数据均经过统一处理，采用统一的坐标系（GCS_WGS_1984）和空间分辨率（9.55 m）。笔者等以阿帕奇（Apache）武装直升机为例，图1 展示了所有影响因素与二级指标的划分，图2 是临时起降场选址因素分布图。

地质和地理数据说明如下:

（1）地质灾害，通过“人工目视解译+实地调查”确定了研究区域内 85 个地质灾害隐患点，包括泥石流、滑坡、滚石等，如图2a 所示。

（2）海拔高度，图2b 展示了研究区域的海拔范围。基于阿帕奇武装直升机在低温高原环境下的操作能力，海拔高度因子的二级分类设定为:0~3000 m、大于 3000 m（ Steinmanet al.，2021）。

（3）坡度，根据阿帕奇武装直升机的设计参数，坡度因子的二级分类为:0~7、7~90（图2c）。

（4）起伏度，起伏度反映了研究区域内地形的高程变化，是衡量地表形态复杂程度的重要指标。笔者等采用高差法计算起伏度，如公式（1）所示:

式中:HF 为高差（m）; H_max 与 H_min 为滑动窗口（3× 3）单元内最高点与最低点的高程（ m）。计算结果如图2d 所示。

（5）土地覆被，土地覆盖数据来源于欧空局的全球土地覆盖数据集（He Jing et al.，2022），二级分类指标为:植被、建筑、草地、耕地、裸地、冰雪、水体、湿地和苔藓，如图2e 所示，其中植被和建筑按照密集度分为:稀疏和密集。

（6）地质构造，地质构造数据由经验丰富的地质专家根据 Landsat-8 和 DEM 影像进行解译，如图2f 所示。根据地质构造的分布密度，二级分类指标为:不发育、小型、中型和大型 4 类。

（7）岩体和土体。经过“人工目视解译+实地调查”解译了研究区域岩土数据。初步解译结果为 25 类，如图2g 所示。为了满足直升机选址的需求，将其二级分类简化为:砂土、细砾、中砾、粗砾、雪被和岩体（ Mahapatra et al.，2020; He Kang et al.，2024）。

（8）RCI 指数值是依据土体数据、地形湿度指数及美陆军野战地形分析手册（FM5-33）文献计算得出（图2h）。阿帕奇直升机的 VCI1 和 VCI50 分别估算为 17 和 40（李灏等，2011），如公式（2）所示:

式中: G_A 为阿帕奇武装直升机最大载荷 10433 kg; S_A 为阿帕奇直升机接地面积 1 m²; G_M 为 M1A1 坦克最大重量 61300 kg; S_M 为 M1A1 坦克接地面积 4 m²。当 RCI>VCI 时，直升机可安全选址。

（9）地面障碍规避安全距离。阿帕奇武装直升机的地面障碍规避安全距离的理论值为≥3D（D 为直升机全机身长度，17.73 m）。当地面障碍规避安全距离大于等于 764 m² 时满足安全起降要求。

3 直升机临时起降场选址方法

笔者等充分考虑了影响直升机选址的多重因素，解决了以往研究中评估因素不全面、效率和精度低的问题。加权信息量法使用层次分析法评估影响因素权重，结合信息量法量化各因素对选址的阻碍作用，最后使用自适应分类和滤波算法生成选址结果，以此提高直升机选址的精度和自动化水平。图3 为加权信息量方法的流程图。 ①获取研究区域地理和地质因素数据集:Landsat 8、地质灾害、DEM、地质构造、土地利用和岩土体数据，由DEM数据计算坡度、地形起伏度，根据岩土体数据及地形湿度指数计算土体承载力。 ②遍历研究区域各因素遥感影像，搜索选址规则并用加权信息量方法量化选址规则。 ③采用自然断点法（ Jenks）对选址规则的综合信息量进行分类，然后基于 Alpha Shape 算法和地面障碍规避安全距离进行噪音滤波，最终生成直升机选址图。

3.1 层次分析法评估因素权重

根据研究区的地理和地质环境背景，结合专家经验，构建了影响因素的判断矩阵（表1）。 AHP 判断矩阵遵循以下原则:地质灾害严相较于其他因子更重要，原因是研究区属于高寒山地环境，地形切割强烈，地质灾害严重影响直升机选址的安全性，具有突发性和不可控性。以往研究中重点关注的 DEM、坡度和起伏度因素优先于新增的因素（如土地覆盖类型、岩土体分布、RCI 指数和地质构造）。最终，AHP 判断矩阵的一致性比（CR）= 0. 0462<0.1，通过一致性检查，表明笔者等构建的选址影响因素 AHP 判断矩阵是客观且合理的。

3.2 加权信息量法衡量因素指标

地理和地质因素与直升机选址的相关性依赖专家知识和实测验证，且这些影响因素具有显著的时空异质性。首先，对各影响因素进行二级指标的划分，然后使用信息量方法衡量各二级指标与直升机选址的相关性，如表2 所示。信息量越高，表示该因子属性对有利于直升机选址，两者呈正相关性，如公式（3）所示:

式中: I 为栅格所有评价因素总信息量值; n 为因子数量; W_i 为单项因子的权重; I_i 为因子 i 的信息量。

3.3 Alpha Shape 自适应滤波方法

上述加权信息量法是通过逐栅格评估直升机选址，不可避免地存在椒盐噪声（ salt-and-pepper noise，又称脉冲噪声，图像中的某些栅格显示异常明显的杂散、不连续），从而影响直升机选址结果的准确率和合理性。针对这一问题，笔者等提出了基于 Alpha Shape 算法的自适应滤波方法:首先，使用 Alpha Shape 算法对选址结果进行聚类处理，旨在消除小型不连续区域和噪声点; 然后，结合直升机的地面障碍规避安全距离要求，对这些候选区域进行遍历，确保其内切圆面积大于地面障碍规避安全距离，满足安全起降要求。

直升机起降场的评估结果分为两类:适宜区 l₁ 和危险区 l₂。 Alpha Shape 算法的主要目的是对适宜区内的椒盐噪声进行去噪，消除其中小型、不连续的区域。通过设置 Alpha 参数，生成 l₁ 点集的 Alpha Shape 边界。设定合适的孔洞阈值 HoleThreshold，将小于该阈值的区域标记为噪声区，并将其属性从适宜区（ l₁）修改为危险区（ l₂）。进一步，需要确保适宜区满足直升机临时起降场的实际需求。阿帕奇武装直升机机身全长为 D，笔者等设置了内切圆直径为 3D 的最小安全区。使用 Flood Fill 连通性算法，标识出所有适宜区（l₁）的连通域。如果连通域的最小内切圆直径小于 3D，则将该连通域的分类从适宜区（ l₁）修改为危险区（l₂），以确保最终的选址结果仅保留满足安全距离要求的区域。

4 结果分析

4.1 直升机临时起降场选址滤波

在复杂地质环境中进行直升机临时起降场的选址时，噪音和不规则区域的存在往往会导致选址结果的准确性和实用性下降。图4 为加权信息量法评估直升机起降场选址图。由于逐栅格计算方法导致存在大量不规则的噪音区域，选址结果呈现出较为零散的特征。应用 Alpha Shape 自适应滤波方法对不规则的小面积噪音区域，保留具有连贯性的大片区域。经过滤波处理后，选址图中的噪音大幅减少，结果得到明显的改善（图5）。

阿帕奇（Apache）武装直升机全机身长 17.73 m，由此计算地面障碍规避安全距离为 53.19 m。笔者等以这一安全距离作为判别标准，对起降场的大小进行进一步的筛选和优化，如图6所示。笔者等以圆形场地为例，当遍历过程中发现圆形场地内包含不满足地面障碍规避安全距离的危险区时，将该栅格点标记为不适宜选址区域。经过进一步的筛选和优化后，选址图中适宜的直升机临时起降场区域更加集中，分布更加合理。这些区域大多位于地势较为平坦、障碍物较少的地带，且具备足够的面积以容纳直升机的安全起降操作。

4.2 直升机起临时起降场评估能力分析

为了评估不同地质地形条件下直升机选址的能力，笔者等采用加权信息量法对典型区域进行了系统分析，涵盖平原区（图7a）、中—低起伏山地区（图7b）、高起伏山地区（图7c）和冰缘区（图7d）。图8 展示了这些区域中 DEM、坡度、起伏度、土地覆被、岩土体、RCI 指数和地质构造等评估因素的分布情况。

在平原区域（图8a），由于地形较为平坦（DEM 显示出较小的高差），坡度和起伏度均处于较低水平（坡度范围 0~70°，起伏度范围为 0~134 m），这为直升机选址提供了相对理想的条件。此外，该区域的土地覆被以裸地和草地为主，土体多为花岗岩质粗砾，RCI 指数高达 165，表明该区域具有较高的地面承载能力。这些因素综合作用下，平原区域的直升机选址适宜性较高，选址结果分布均匀，区域连贯性强，适合作为直升机临时起降场。

中—低起伏山地区域的特征则显著不同（ 图8b）。 DEM 数据显示，该区域地形高差大，坡度陡峭（超过 82°），起伏度高（均超过 300 m），显示出地形的剧烈变化。岩体类型以砂岩、粉砂岩和黏土岩为主，RCI 指数较低，地质结构复杂且稳定性差，地质构造发育，增加了地质不稳定性。这些条件使得山区地形的直升机选址适宜性显著降低，选址结果零散且不连续，需谨慎选择。

高起伏山地区域表现出极端的地形特征（ 图8c），平均海拔在 4500 m 以上，坡度和起伏度在 4 个区域中最大，分别达到 85°和 360 m。岩体主要由粉砂岩、千枚岩和砂岩构成，在高海拔和陡峭地形条件下，这些岩石易产生滑坡等地质灾害。土地覆被稀疏，土壤承载力低，RCI 指数较低，进一步限制了该区域作为直升机临时起降场的适宜性。尽管高起伏山区域可能提供开阔的视野和战略优势，但其极端的地形和低承载力显著降低了选址的安全性和可靠性。

冰缘地貌区域具有独特的极端地质特征（ 图8d）。该区域海拔高达 5500 m 以上，坡度达到 80°，起伏度为 295 m，显示出极端的地形变化。地表广泛覆盖冰雪和裸露岩石，土体主要由沉积物和冰川堆积物构成，地质结构松散且极不稳定，承载力几乎为 0，RCI 指数极低。此外，低温、稀薄空气和高风速等气候条件进一步增加了直升机起降的风险。这些因素使得冰川地形区域的直升机选址适宜性极低，仅在极端情况下才可能作为临时起降场考虑，但必须进行非常谨慎的评估。

4.3 模型计算性能分析

笔者等方法使用 Python 程序设计语言编码实现。上述所有的测试实验都是在统一的设备上进行的，其具体参数为:Intel（R）Core（ TM）i7-10700 CPU 2.90 GHz，64 GB RAM and 64 bit Windows 10。使用笔者等提出的方法对研究区域进行了直升机起临时起降场选址评估，每次模拟实现的平均计算时间虽有差异，但模型计算时间均在 40 s 以内完成。

5 结论

面向复杂地质环境中直升机临时起降场选址面临的评估因素不全面、效率和精度低的问题，笔者等提出了加权信息量模型，基于该模型实现了顾及地质灾害隐患、DEM、坡度、起伏度、土地覆盖、岩土体类型、土壤圆锥指数（RCI）、地质构造等多因素的直升机临时起降场选址。通过层次分析法量化评估因素的权重，信息量法对评估因素进行定量分析，滤波算法对选址结果中产生的椒盐噪音进行快速优化，加权信息量模型实现了直升机临时起降场的自动化选址。相较于传统的人工规则方法，显著提高了选址的效率和可靠性，以满足快速响应和灵活部署的军事需求，对未来可能的临时选址具有一定的参考借鉴意义。然而，笔者等的研究主要集中在算法层面的实现，未来的研究工作将进一步结合实际地形数据和军事需求，对模型的应用性和适应性进行更深入的验证和优化。

致谢:研究成果得到中国地质调查局军民融合地质研究中心专家指导。感谢军事地球科学专栏特约主编葛良胜研究员、蒋少涌教授及审稿专家对本文提出的建设性意见和编辑部的大力支持。对中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心和西宁自然资源综合调查中心在论文编撰期间给予的帮助，在此深表感谢!

参考文献