三維遙感技術在工程地質勘察中的應用研究

蔡澤偉

摘 要：近些年來，隨著科學技術的不斷進步，工程地質勘察方面也涌現(xiàn)出了許多新技術，使得地質勘察水平不斷提高，對工程建設安全起到重要保障作用。文章以三維遙感技術作為研究對象，對其在工程地質勘察中的應用展開研究。

關鍵詞：三維遙感技術；工程地質勘察；應用

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0062-01

在工程地質勘察中，遙感技術是一種常用的技術手段，但是，常規(guī)的單一數(shù)據(jù)源和判釋方法所得的結果通常存在一定偏差，無法滿足精度要求越來越高的工程地質勘察需求。近些年來，多元數(shù)據(jù)融合、三維遙感等技術，有效解決了傳統(tǒng)遙感技術的不足，本文就對三維遙感技術在工程地質勘察中的應用進行研究，以期為工程地質勘察提供幫助。

1 三維遙感技術的優(yōu)勢

相較于常規(guī)的遙感技術，三維遙感技術有了長足進步，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：

首先，可以顯示地物空間的細節(jié)特征，在常規(guī)二維遙感中，受復雜環(huán)境的影響，地物光譜容易發(fā)生同物異譜、同譜異物以及混合像元等問題，按照光譜特性解譯的結果并不可靠，但在三維遙感中，通過多維數(shù)據(jù)之間的對比，可以有效解決此問題，保證地物光譜的準確性，從而提高勘察結果的可靠性。

其次，能夠直觀解譯、展示地物形態(tài)，在常規(guī)二維遙感中，解譯時由于缺乏高程信息，只能從頂視角度來進行地質對象的觀測，無法準確判譯地形高差、巖層傾角、邊坡坡度以及斷面形態(tài)等信息；而三維遙感可以直觀的解譯出三維空間地物的形貌，對地質對象進行立體的觀測，準確的測定地物各方面信息。

第三，多尺度無縫數(shù)據(jù)處理，常規(guī)二維遙感對多來源數(shù)據(jù)的處理只是簡單的疊加圖層，三維遙感則可以將多來源數(shù)據(jù)分別對應到各自的空間點上，實現(xiàn)多尺度無縫數(shù)據(jù)處理，完成大尺度宏觀區(qū)域地質與小尺度微觀地質圖像間的相互平滑過渡。

第四，動態(tài)模擬，工程地質情況并不是靜止不變的，而是一直處于一個動態(tài)變化發(fā)展過程中，且此種動態(tài)變化具有不均衡性，雖然二維遙感可以通過不同時間段的影像來反映出這種地物變化，但是卻無法對其進行動態(tài)模擬；在三維遙感技術中，引入了時間因素，可以對地物變化進行動態(tài)三維模擬，并分析其發(fā)展變化趨勢。

2 工程地質勘察三維遙感技術體系形成的步驟

2.1 準備基本資料

在工程地質勘察之前，先收集工程項目的具體資料，包括項目線路設計圖、專題圖、地形和地質圖以及其它相關的影像、文字、圖表等資料，并對資料進行整理、歸納，根據(jù)比例、內容的差異，分門歸類整理，為下一步工作奠定良好基礎，避免基本資料不全造成解譯偏差。

2.2 做好數(shù)據(jù)處理

根據(jù)收集的基本資料，需要對其數(shù)據(jù)進行適當處理，作為遙感建模等操作的重要依據(jù)，一般來說，數(shù)據(jù)的處理過程為：先掃描收集的各種圖紙，得到矢量化數(shù)據(jù)，并對其進行屬性賦值；然后轉換矢量數(shù)據(jù)的格式，使其統(tǒng)一為符合建模軟件的數(shù)據(jù)格式，并進行投影變換、拓撲關系等處理；最后，對遙感影像進行處理，主要包括組合波段、投影校正、圖像融合、鑲嵌以及構建三維可視化模型等。

2.3 遙感解譯標志庫

解譯標志庫是三維遙感的一個重要環(huán)節(jié)，其依據(jù)的原理是在遙感圖像中，巖土體或者工程地質現(xiàn)象不同時，其所具有的波譜、時空特征也是有所差異的，根據(jù)各自的波譜、時空特征，就能夠解譯出工程地質、巖土體的具體情況。在解譯標志庫中，通常只選取典型的地物解譯信息，根據(jù)其特有的波譜解譯原則進行解譯，得到精確、可靠的解譯信息。

2.4 提取遙感信息

在遙感地質解譯信息基礎上，結合三維可視化模型，通過一些野外實地調查炎癥，來提取出工程區(qū)域范圍內的地質環(huán)境背景、不良地質災害體等各方面信息，補充、完善并更新此區(qū)域的地質資料，提高工程地質勘察的準確性、全面性。

2.5 數(shù)據(jù)集成入庫

通過上述各個步驟，可以得到海量的、多源的工程地質信息，分別利用相應的軟件對這些數(shù)據(jù)進行格式轉換、切塊，將其輸入到三維遙感工程地質平臺中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成入庫，常用的軟件包括ArcCIS、Global Mapper等。

2.6 表達遙感成果

在數(shù)據(jù)入庫后，多源信息的輸出應當采取組合疊加輸出的方式，同步輸出地形、地質以及正射影像等要素，得到立體、形象、全面的影像圖，為工程野外調查等提供準確依據(jù)；同時，也可以將地質、線路三維動畫疊加在一起，為選線、工作匯報提供直觀、形象的素材。

2.7 地質綜合勘探

根據(jù)三維遙感技術所得的勘察結果，可以得工程區(qū)域內地質的具體情況，包括地形、地貌、不良地質條件、交通條件等等，按照這些信息，可以選定合適的地質勘探點、線和面，并據(jù)此來優(yōu)化組合鉆探、物探和物探等勘探方法，為綜合勘探的點、線、面布置提供可靠依據(jù)。

2.8 技術歸納總結

在實地勘察后，根據(jù)物探資料、施工階段地質資料以及工程勘察資料等，綜合分析后，與遙感解譯成果進行對比，尋找其中存在的漏判、錯誤等情況，歸納總結正確的解譯方法，最終形成實用的三維遙感工程地質勘察技術體系。

3 三維遙感技術應用的難點與對策

在工程地質勘察中應用三維遙感技術體系時，會受到許多方面的影響，包括地理環(huán)境、工遙感數(shù)據(jù)、工程地質勘察精度等，本文就對這些難點進行簡要分析，并提出相應的解決對策，為三維遙感技術的實際應用提供幫助。

3.1 數(shù)據(jù)處理量大，管理困難

在工程地質勘察中，其基礎數(shù)據(jù)十分繁雜，數(shù)據(jù)格式類型較多，數(shù)據(jù)信息量較大，在比例尺、坐標系等方面存在很大差異；加上數(shù)據(jù)本身涉及的范圍較多，包括線路、地形、氣象、水文地質、地質災害、地震烈度以及生態(tài)環(huán)境等等。各種資料之間的巨大差異，在空間上存在極大跨度，會給數(shù)據(jù)處理帶來較大的困難，導致許多數(shù)據(jù)得不到有效利用，給工程地質勘察準確性造成一定不良影響。

對此，在實際數(shù)據(jù)處理中，對于柵格圖格式的數(shù)據(jù)，應當對其進行掃描，將所有的數(shù)據(jù)坐標統(tǒng)一轉換為WGS84格式，得到此格式下的坐標投影；對于矢量圖格式的數(shù)據(jù)，要對數(shù)據(jù)進行屬性分類，分別歸納到點、線、面屬性中，建立屬性關系表；對于描述性格式的數(shù)據(jù)，要通過統(tǒng)計、分析后，輸入到MDB數(shù)據(jù)庫中。

3.2 工程地質建模難度較大

三維遙感地質模型是一種展現(xiàn)真實地形、地物的模型，其工作基礎是遙感解譯，但是，由于地形、地物本身的復雜性，三維遙感所得到的空間信息、紋理信息等特征十分復雜，會給遙感解譯帶來較大的干擾，可能會出現(xiàn)遙感不正確的情況，整個工程建模都可能受到影響，建模工作難度相對較大。

對此，應當通過對Goole earth全球影像、地形數(shù)據(jù)的利用，結合工程實際情況，借鑒同類工程地質三維遙感建模的成功經驗，來解決建模過程中出現(xiàn)的問題，提高建模的可靠度。

3.3 遙感地質三維模型精度

在工程地質勘察中，有許多地形地貌是會對三維模型精度產生影響的，比如大面積植被覆蓋、巖石不均勻風化、完整基巖較少等，會增加斷層、色彩、巖層紋理以及圖案特征等的復雜性、多解性。

對此，在三維遙感技術中，需要利用多尺度、多源、多種類型的遙感平臺，來得到多尺度的遙感數(shù)據(jù)，通過對地質特征的綜合分析，來制定精確的解譯規(guī)則，建立可靠的地質解譯標志庫。

4 結 語

綜上所述，地質勘察是現(xiàn)代工程建設中的重要環(huán)節(jié)，對工程具體施工起著重要指導作用，直接關系到工程施工的質量、安全。三維遙感技術是一種先進的地質勘察技術，具有許多方面的優(yōu)勢，加強對三維遙感技術的研究，掌握其技術要點、難點以及應對措施，提高三維遙感技術應用水平，對地質工程勘察質量提高有著重要意義。

參考文獻：

[1] 高山.三維遙感鐵路工程地質勘察系統(tǒng)研究[J].鐵道勘察，2015，（4）.