遙感選線技術(shù)在果子溝地區(qū)的應(yīng)用

王江宇，張智禹，王雅瓊

（中國石油天然氣管道局設(shè)計院，河北廊坊 065000）

遙感選線技術(shù)在果子溝地區(qū)的應(yīng)用

王江宇，張智禹，王雅瓊

（中國石油天然氣管道局設(shè)計院，河北廊坊 065000）

西氣東輸二線工程在管道設(shè)計工作上大膽創(chuàng)新，全線采用遙感技術(shù)作為一項重要的輔助設(shè)計手段。在果子溝地區(qū)的選線過程中，該技術(shù)有力地支持了設(shè)計工作，對地形、地物作出了清晰的識別，充分發(fā)揮了輔助作用。

西氣東輸二線；選線；遙感技術(shù)

1 遙感技術(shù)的引入

西氣東輸二線管道工程西起新疆霍爾果斯口岸，東至上海、廣州、深圳，經(jīng)過14個省、市、自治區(qū)，線路總長約8 600 km，包含1條干線、8條支干線，是連接中亞進(jìn)口氣源和沿線中西部地區(qū)、華東、華南、長三角、珠三角用氣市場的重要能源通道，是保證我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)建設(shè)工程。

西氣東輸二線管道工程是目前世界上最長的大口徑高壓輸氣管道工程，在工程設(shè)計的可行性研究階段就決定全線引入遙感技術(shù)作為管道線路設(shè)計的輔助手段，以提高設(shè)計質(zhì)量，減少設(shè)計人員的野外工作量，縮短設(shè)計周期，為西氣東輸二線工程建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計和服務(wù)。

在工程建設(shè)過程中，遙感技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)計階段，作為線路選擇和優(yōu)化的輔助工具，遙感技術(shù)主要通過影像圖片和數(shù)字高程信息實(shí)現(xiàn)其輔助功能。

在利用遙感技術(shù)之前，設(shè)計人員首先根據(jù)地形圖確定管道的初步路由，然后根據(jù)初步路由的中線坐標(biāo)確定航飛路線，待影像圖片拍攝完成，數(shù)字高程信息也測量完成后，對圖片進(jìn)行糾正、裁剪、拼接等處理，最后由線路設(shè)計人員應(yīng)用軟件在處理好的影像圖片上疊加帶有坐標(biāo)的線路文件，對線路進(jìn)行重選或優(yōu)化，完成中線確定工作。

2 遙感技術(shù)的優(yōu)勢

西氣東輸二線全線 （包括果子溝地區(qū)）采用了飛機(jī)航空測量的手段獲得遙感圖像和地面高程信息，遙感圖像為真彩色全波段圖像，分辨率為0.5m，地面高程信息精度為每1 m一個高程點(diǎn)，這些遙感資料經(jīng)過GIS手段構(gòu)建模型，服務(wù)于選線工作。作為管道設(shè)計的新技術(shù)，遙感技術(shù)具備以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 不受地形限制

選線時，由于地形的差別，山區(qū)地段選線比平原段要困難得多。西氣東輸二線果子溝地區(qū)山高林密、人跡罕至，選線人員到達(dá)線路位置的難度非常大甚至存在安全風(fēng)險。遙感技術(shù)利用影像圖片和數(shù)字高程可以打破地形的限制，使選線人員可以在不親臨現(xiàn)場的情況下對所選線路路由附近的地形地貌有清楚的了解，從而大大減少了線路設(shè)計人員的野外工作量。

2.2 不受時效限制

選線時，與傳統(tǒng)的地形圖相比，遙感影像圖在時效性上具有明顯優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)地形圖繪制時間多在20世紀(jì)50～90年代，最新的也不超過2000年，隨著各地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的增加，許多城鎮(zhèn)、村落、河湖、交通線等地物都發(fā)生了變化，單純依靠地形圖經(jīng)常造成線路選擇的失誤，最終導(dǎo)致改線。西氣東輸二線所用的遙感影像圖均為線路設(shè)計前才拍攝的航空遙感圖片，所以其反映出的地物信息時效性非常好，對選線工作很有幫助。

2.3 反映地物信息清晰、直觀

選線時，與地形圖、政區(qū)圖、交通圖等傳統(tǒng)地圖相比，遙感的真彩色影像圖視覺效果更加具體、真實(shí)。傳統(tǒng)地圖只能依靠各種抽象的圖例、顏色、線條等表示地形地物，而真彩色影像圖以照片的方式把地物呈現(xiàn)給設(shè)計人員，清晰、具體、直觀，很容易判別。

3 遙感技術(shù)的應(yīng)用

在新疆博樂市境內(nèi)，西氣東輸二線工程穿越西天山的果子溝地區(qū)，管道沿大東溝、玉塔斯溝進(jìn)入山區(qū)，通過約30 km的高山段，并穿越了6處隧道，最終進(jìn)入賽里木湖南側(cè)的平原地帶。由于此段地勢險峻，山高谷深，山脈陰坡終年積雪，即使是當(dāng)?shù)赜胸S富經(jīng)驗(yàn)的牧民也很少進(jìn)入山區(qū)放牧，在自然條件惡劣的情況下，非常不利于管道設(shè)計野外工作的開展。因此遙感技術(shù)的優(yōu)勢在此區(qū)段得到了充分的發(fā)揮，給設(shè)計人員提供了非常大的幫助。

3.1 地形的判別

果子溝地區(qū)山勢高險，谷地深窄，從1∶50 000地形圖上只能根據(jù)密集曲折的等高線抽象地看出地形，經(jīng)過GIS平臺建模，利用遙感數(shù)據(jù)可清晰直觀地看出山坡坡度、河谷寬度和谷深等地形特征。

3.1.1 1#隧道入口前的地形

1#隧道入口之前的山谷段地形見圖1。

最初設(shè)計人員從1∶50 000地形圖上判斷此處溝谷落差較大，水流對溝底的沖蝕下切作用強(qiáng)，將管道置于溝中敷設(shè)需要修筑大量的水工保護(hù)設(shè)施，兩側(cè)山坡的坡度不易從地形圖上明確判斷，因此擬將管道置于半坡上敷設(shè)。從遙感圖上可以非常明顯地看出此處山勢陡峭，橫坡敷設(shè)坡度太大，存在滑坡的隱患，對管道安全不利。根據(jù)遙感圖像所反映的地形信息，設(shè)計人員很快做出了沿河谷深埋敷設(shè)加強(qiáng)水工保護(hù)的方案。無需赴現(xiàn)場進(jìn)行方案比選。

3.1.2 3#隧道附近的地形

3#隧道附近的地形見圖2。在果子溝3#隧道的選線過程中，遙感數(shù)據(jù)為隧道位置的選擇提供了很直觀的幫助。從遙感圖可以看出，3#隧道的設(shè)置是必須的， 3#隧道的進(jìn)、出口分別位于兩條不連通的山谷中，進(jìn)口處的山谷向前沿遠(yuǎn)離出口山谷方向延伸，兩山谷不存在交匯處，因此必須在兩山谷的平行段選取最短的隧道方案通過。3#隧道進(jìn)、出口分別位于同一山嶺的陽坡和陰坡，如果僅憑設(shè)計人員野外踏勘，要經(jīng)過多次細(xì)致的野外工作才能選出隧道位置的最短方案。當(dāng)有了遙感數(shù)據(jù)以后，在圖上隨意調(diào)整進(jìn)、出口的位置，就可以直觀地選出最短的隧道方案。因此遙感技術(shù)有效解決了果子溝3#隧道的必要性和最短性的兩個關(guān)鍵問題。

3.2 地物的判別

果子溝地區(qū)的海拔高、緯度高，氣候寒冷，植被非常脆弱，一旦被破壞就很難恢復(fù)。為了保護(hù)植被，選線時需要對溝內(nèi)的植被、坡地、道路、河道等地物準(zhǔn)確識別，以繞避樹木，少占草地，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

果子溝地區(qū)所選用的真彩色遙感圖像可以如實(shí)地反映地物的顏色，由于植被種類和生長情況不同，含有葉綠素的量也不同，因此在圖像上反映出來的綠色深淺也不同。木本植物要比草本植物顏色深，長勢好的植物要比長勢差的顏色深。

3.2.1 草甸

在大東溝和玉他斯溝交口處，管道由原來的沿大東溝方向轉(zhuǎn)向玉他斯溝方向，兩溝交口的河灘上由于水分充足，分布著成片的草甸，為了不破壞這些草甸，管道需要對其進(jìn)行繞避。通過對遙感圖的分析，兩溝交口的地表情況大致可分為5類 （見圖 3）。

（1）長勢好的草甸：面積大，由于光合作用強(qiáng)，大量吸收除綠光外的其他色光，對綠色光反射率高，呈深綠色，邊緣不變淺。

（2）長勢相對差的草甸：面積相對小，由于光合作用較弱，吸收除綠光外的其他色光少，顏色呈綠色，尤其邊緣處植被長勢越來越差，對其他色光的吸收率越來越低，邊緣的綠色逐漸變淺直至消失。

（3）河灘地：由于受到流水的沖刷，地表多為砂和礫石，不存在植被，對各種顏色光的反射率都很高，不存在選擇性吸收，因此呈亮白色。

（4）一般坡地：由于既不生長植被又不受到流水的沖刷，且沒有人為的擾動，因此地表生長著地衣類的低等植物，對除綠光外的其他色光僅有少量吸收，因此一般坡地呈現(xiàn)出很淺的灰綠色。

（5）牧道：這些牧道是當(dāng)?shù)啬撩襁M(jìn)山放牧?xí)r自然形成的，對原始坡地上的地衣造成了破壞，因此，牧道處僅存在微量的對除綠光外其他色光的選擇性吸收，呈灰白色。

在對以上5類地表情況進(jìn)行分析后，設(shè)計人員可以很清晰地對該地區(qū)的草甸進(jìn)行辨識，從而增加轉(zhuǎn)角，改變局部線路走向，使管道避開草甸和要整修為施工便道的牧道，從坡地和河灘地通過，對溝內(nèi)的植被進(jìn)行保護(hù)。

3.2.2 樹木

在玉他斯溝內(nèi)，由于匯水量大，河谷內(nèi)沖刷嚴(yán)重，流水對溝底的刨蝕作用非常強(qiáng)烈，因此在最初選擇線路方案時，設(shè)計人員曾經(jīng)推薦過沿左側(cè)緩坡敷設(shè)，避開河道的方案。當(dāng)遙感資料到位后，設(shè)計人員對此處的地貌再次進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)此處的地表情況大致可分為三類 （見圖4）。

（1）河灘地：表面為砂和礫石，對各色光線反射率都很高，呈亮白色。

（2）一般坡地：只生長著地衣類植物，對除綠光外的其他色光有少量吸收，呈淺灰綠色。

（3）零星分布的樹木：與草本植物相比，樹木的光合作用要更強(qiáng)烈，對除綠光外的其他色光吸收得更多，從而顯出更深的綠色。但由于樹木為零星分布，不形成樹林，樹木之間的空隙較大，因此在遙感圖上樹木顯示為鮮艷的綠色呈點(diǎn)狀雜散分布。

在通過遙感資料辨識出左側(cè)緩坡上存在大量零星分布的樹木以后，為了保護(hù)這些植被不被破壞，設(shè)計人員及時修改了方案，繞避了這些樹木，把管道深埋并采取水工保護(hù)措施后敷設(shè)于河道中。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害的判別

果子溝地區(qū)山高谷深，高山常年被積雪覆蓋，屬于地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的地區(qū)。利用遙感技術(shù)在一定程度上可以對這些災(zāi)害進(jìn)行預(yù)判，以便提前采取保護(hù)措施。

3.3.1 雪崩

果子溝1#隧道入口之前，玉他斯溝溝頭處的山勢已十分陡峭，山頂常年積雪，從遙感圖上可以看出，在山頂附近，積雪由于對各色的光線均強(qiáng)烈反射而呈現(xiàn)亮白色，一旦進(jìn)入冬季后，降雪量的增大會使積雪的厚度大大增加，不穩(wěn)定的積雪質(zhì)量超出陡坡所能承載的范圍后就會發(fā)生雪崩 （見圖5）。通過遙感技術(shù)，此處雪崩災(zāi)害在夏季就可以提前判別，有足夠的時間在冬季到來之前采取措施。

3.3.2 泥石流

管道出果子溝1#隧道后，沿溝谷敷設(shè)。從遙感圖6上看，此段溝谷陰坡呈現(xiàn)亮白色，為常年不化的積雪，陽坡呈深淺不同的綠色，為夏季積雪融化后長出的疏密不均的植被。從陰坡夏季積雪量判斷，陽坡積雪融化時的水量很大。除此之外，此溝為3條小匯水溝的總匯水溝，春季積雪融化和夏季雨水充沛時水量將會相當(dāng)大，因此，可以判斷該段線路敷設(shè)于泥石流災(zāi)害區(qū)，需要采取深埋并采用混凝土連續(xù)澆注等有效水工保護(hù)措施加以保護(hù)。

4 對遙感技術(shù)的改進(jìn)和建議

4.1 費(fèi)用高

西氣東輸二線工程采用的是航空遙感技術(shù)，利用飛機(jī)在飛行過程對中線兩側(cè)拍攝遙感圖像，由于涉及保密問題，此項工作必須委托專業(yè)的測繪機(jī)構(gòu)來完成，費(fèi)用很高。

對于這一問題，建議采用相對廉價的航天遙感技術(shù)代替航空遙感，即采用位于高空的地球衛(wèi)星代替飛機(jī)拍攝遙感圖片，這樣雖然在時效性方面有所損失，但可以節(jié)省大筆費(fèi)用。

4.2 航帶寬度有限

西氣東輸二線工程遙感圖像的寬度為管道中線兩側(cè)各600 m，如果在遙感圖像拍攝完成后再發(fā)生改線幅度大于600 m的情況，就需要進(jìn)行人工測量來獲得數(shù)據(jù)，因此遙感圖像有限的寬度使線路的選擇受到限制。

關(guān)于航帶寬度問題，可以采用在地形復(fù)雜地段增加航飛次數(shù)，采用雙航帶甚至多航帶拍攝的辦法加以解決，這樣，在遙感圖像上局部地區(qū)的改線空間將隨航帶的增多而成倍增加。

4.3 受天氣影響

西氣東輸二線工程全部的遙感圖像都需要在飛機(jī)上拍攝，天氣對于飛機(jī)的飛行和遙感圖像的清晰度都有很大影響。果子溝地區(qū)春季沙塵天氣多，夏季雷雨天氣多，冬季風(fēng)雪天氣多，這些都會造成遙感圖像拍攝工作推遲，在一定程度上影響設(shè)計的進(jìn)度。

克服天氣的影響主要可以采取兩種措施：第一，采用航天遙感方法拍攝的衛(wèi)星圖片避免航空遙感受天氣的限制，以犧牲一些時效性為代價爭取時間；第二，根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)選取最佳航飛季節(jié)，及時關(guān)注航飛區(qū)域的天氣預(yù)報，選取晴好天氣開展航飛工作。

5 結(jié)束語

遙感作為一門近年來引入管道設(shè)計領(lǐng)域的新技術(shù)為西氣東輸二線工程管道線路的選擇提供了很大幫助，尤其是在果子溝這種高山地區(qū)，其輔助作用就體現(xiàn)得更加明顯，不但節(jié)省了大量的人力、物力、財力和時間，而且對一些地面踏勘不易觀察出的地形地物從俯瞰的角度給出了清晰的表示。因此，遙感技術(shù)在以后的管道設(shè)計工作中還有很大的利用空間，需要繼續(xù)深入研究，多加利用，使其更好地應(yīng)用到設(shè)計工作中，發(fā)揮更大的輔助作用。

[1]梅安新，彭望琭，秦其明，等.遙感導(dǎo)論 [M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]李小文，劉素紅.遙感原理與應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[3]李小文，王錦地.植被光學(xué)遙感模型與植被結(jié)構(gòu)參數(shù)化 [M].北京：科學(xué)出版社，1995.

Application of Remote Sensing Technique in Guozigou Region of Second West to East Gas Pipeline

WANG Jiang-yu（Design Institute of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,ZHANG Zhi-yu,WANG Ya-qiong

The pipeline design of Second West to East Gas Pipeline Project has a bold innovation i.e.applying the remote sensing technique to the whole pipeline route as an important aided design means.During the pipeline route selection work in Guozigou region,this technique offers a strong support to the route design and gives clear identifications of topography and ground objects.The remote sensing technique plays fully a role of aided design.

Second West to East Gas Pipeline;remote sensing;Guozigou;route selection

TE973.1

B

1001－2206（2010）增刊－0023－04

王江宇 （1984-），男，河北廊坊人，助理工程師，2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地理信息系統(tǒng)專業(yè)，先后從事成品油管道工程、西氣東輸二線管道工程的設(shè)計工作。

2010-10-25