三級(jí)遙感地質(zhì)在線路工程勘測(cè)中的應(yīng)用

譚光杰(西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610025)

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三級(jí)遙感地質(zhì)在線路工程勘測(cè)中的應(yīng)用

譚光杰
(西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610025)

摘要：本文基于《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》DL/T 5492 - 2014，解釋了遙感地質(zhì)工作的分級(jí)，較全面地論述了三級(jí)遙感地質(zhì)工作的概念，并利用谷歌公共影像平臺(tái)作了如何在架空輸電線路工程的巖土勘測(cè)中開(kāi)展三級(jí)地質(zhì)遙感的舉例說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：三級(jí)遙感地質(zhì)；線路工程；谷歌地球。

1　架空輸電線路工程的特殊性

架空輸電線路工程屬于長(zhǎng)距離線狀工程，同一工程既穿越了巍巍群山，也穿越了一望無(wú)際的平原，即同一工程穿越了眾多不同地貌單元。線路工程穿越區(qū)按穿越地貌單元的不同可以分成山區(qū)和平原。山區(qū)和平原的工程地質(zhì)條件有著本質(zhì)的不同，對(duì)線路工程而言，兩個(gè)區(qū)域有著不同的主要工程地質(zhì)問(wèn)題：山區(qū)以塔位場(chǎng)地穩(wěn)定性問(wèn)題為主，平原則主要為查明地基條件。

山區(qū)和平原的主要工程地質(zhì)問(wèn)題不同決定了兩個(gè)區(qū)域需要采用不同的勘測(cè)手段。山區(qū)應(yīng)以工程地質(zhì)調(diào)查為主，平原區(qū)應(yīng)以工程鉆探、靜力觸探和土工試驗(yàn)等手段為主。

由于種種原因，目前線路工程(尤其是特高壓線路工程)存在混淆山區(qū)和平原的區(qū)別的問(wèn)題，將適用于平原區(qū)的勘測(cè)手段應(yīng)用到了山區(qū)。將查地基條件的手段應(yīng)用于解決穩(wěn)定性問(wèn)題，得到的效果無(wú)異于緣木求魚。

工程實(shí)踐證明，工程地質(zhì)調(diào)查可以很好地解決山區(qū)塔位場(chǎng)地的穩(wěn)定性問(wèn)題。

1.1路徑方案動(dòng)態(tài)性

架空輸電線路工程不同階段的巖土工程勘測(cè)對(duì)象是不同的，可行性研究階段和初步設(shè)計(jì)階段是路徑方案，施工圖階段則變?yōu)樗粓?chǎng)地。

一般來(lái)說(shuō)，架空輸電線路工程的起點(diǎn)和終點(diǎn)是確定的，但從起點(diǎn)到終點(diǎn)有多條路徑可供選擇見(jiàn)圖1，但受交通條件、軍事設(shè)施、城鎮(zhèn)規(guī)劃、自然風(fēng)景區(qū)和礦權(quán)設(shè)置區(qū)等多種因素的制約。制約因素越多，路徑方案存在動(dòng)態(tài)調(diào)整的可能性就越高。

圖1　某工程可行性研究階段的路徑方案示意圖

1.2塔位場(chǎng)地不確定性

施工圖前各勘測(cè)階段是圍繞確保選定路徑方案在允許長(zhǎng)度范圍內(nèi)能夠選出足夠多的適宜桿塔建設(shè)場(chǎng)地而展開(kāi)的，塔位在施工圖完成定位前是不確定的。

塔位是如何從可能的立塔位置選出來(lái)的？不同專業(yè)有不同的回答。如果將塔位抽象為一個(gè)點(diǎn)，各專業(yè)研究的都是塔位點(diǎn)與其相鄰的點(diǎn)、線元和面域等的相對(duì)關(guān)系，區(qū)別僅在于點(diǎn)、線元和面域等對(duì)于不同的專業(yè)有不同的內(nèi)涵。對(duì)巖土專業(yè)而言，點(diǎn)、線元和面域是廣義工程地質(zhì)條件。據(jù)《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《遙感規(guī)程》)和工程實(shí)踐，典型的點(diǎn)、線元和面域?qū)ο蟀ǎ?/p>

點(diǎn)對(duì)象：滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，采石場(chǎng)、垃圾場(chǎng)、墳?zāi)埂⒋u瓦場(chǎng)、懸崖、陡壁、寺廟、佛塔、油庫(kù)等地物點(diǎn)。

線對(duì)象：斷層、褶皺軸線等地質(zhì)對(duì)象，河流、沖溝、泥石流等自然對(duì)象，山脊線、分水嶺、岸線、線狀水系等自然線狀地物，地面管道、索道、渡槽、傳輸皮帶、埋地管道、埋地光纜等人工線狀地物。

面域?qū)ο螅旱貙訋r性分布區(qū)是線路工程中最重要和最常見(jiàn)的面域?qū)ο螅V帶、探礦權(quán)和采礦權(quán)等礦權(quán)設(shè)置區(qū)、工業(yè)園區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等人為設(shè)定的面域?qū)ο螅簧?、湖泊、水?kù)、水塘、江河、海灣等自然面域地物，果園和苗圃等自然面域地物。

塔位就是依據(jù)塔位與點(diǎn)、線元和面域等三類對(duì)象的相對(duì)關(guān)系中選擇出來(lái)的。圖2、圖3和圖4分別展示了線路工程與典型的線元和面域的相對(duì)關(guān)系。

圖2　路徑方案與構(gòu)造線間的相對(duì)關(guān)系

圖3　路徑方案與礦權(quán)設(shè)置區(qū)等的相對(duì)關(guān)系

圖4　塔位與地層巖性面域的相對(duì)關(guān)系

1.3海量數(shù)據(jù)

架空輸電線路工程屬長(zhǎng)距離線狀工程，短者幾百公里，長(zhǎng)者數(shù)千公里。同一工程穿越了不同的地貌單元區(qū)、地層巖性區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)等，涉及到了工程地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害分布、礦權(quán)設(shè)置、人類活動(dòng)等海量數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)當(dāng)然可以分解表示成1.2節(jié)所述的點(diǎn)、線元和面域等各類對(duì)象。

海量數(shù)據(jù)如何集成與處理，一直是個(gè)難題。《電力工程工程地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)規(guī)程》(送審稿)提出了“編譯工程地質(zhì)圖”概念，試圖解決海量數(shù)據(jù)集成與處理問(wèn)題。所謂的“編譯工程地質(zhì)圖”是指通過(guò)轉(zhuǎn)繪區(qū)域地質(zhì)圖和實(shí)地復(fù)核而形成的工程地質(zhì)圖。本文隨后將論述編譯工程地質(zhì)圖集成的資料如何應(yīng)用于三級(jí)遙感地質(zhì)工作。

2　三級(jí)遙感地質(zhì)

在討論三級(jí)遙感地質(zhì)之前，有必要先明確遙感、遙感解譯、圖像處理和工程地質(zhì)條件等基本概念。因?yàn)?，越是基本的概念，越容易被?jīng)常提及，但內(nèi)涵越容易不同。

遙感：不接觸物體本身，用傳感器收集目標(biāo)物的電磁波信息，經(jīng)處理、分析后，識(shí)別目標(biāo)物、揭示其幾何、物理特征和相互關(guān)系及其變化規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。

遙感解譯：基于專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用解譯標(biāo)志和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借助各種技術(shù)手段和方法，從圖像上獲取技術(shù)信息并進(jìn)行專業(yè)化表述。其近義詞有判讀、判釋等。

圖像處理：為便于識(shí)別遙感對(duì)象的技術(shù)屬性，利用計(jì)算機(jī)對(duì)影像進(jìn)行幾何處理、灰度處理、特征提取、圖像增強(qiáng)等圖像信息加工。

工程地質(zhì)條件：與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)要素之綜合，包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)作用和天然建筑材料等六要素。

《遙感規(guī)程》依據(jù)采用影像的不同、資料豐富性、解譯對(duì)象的難易程度、解譯人員的專業(yè)程度和是否需要驗(yàn)證等五因素將遙感工作劃分成了一、二和三等三個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。

表1　遙感工作等級(jí)劃分

《遙感規(guī)程》對(duì)遙感工作的分級(jí)的條文說(shuō)明是：“對(duì)遙感工作分級(jí)是為了事先能夠?qū)λ_(kāi)展的調(diào)查工作有一個(gè)清楚的定位和合理安排，以便于組織實(shí)施并達(dá)到預(yù)期效果。實(shí)際操作中，可按先一級(jí)再二級(jí)后三級(jí)的順序篩選確定，定為一級(jí)工作的至少應(yīng)符合2條以上要求，定為二級(jí)工作的應(yīng)大部分符合要求，定為三級(jí)工作的應(yīng)全部符合要求。一級(jí)遙感除了工程本身可能重要外，也包括難度大、精度高、要求嚴(yán)的內(nèi)涵 ，需要遙感經(jīng)驗(yàn)豐富的人員承擔(dān)，三級(jí)遙感則相對(duì)寬松，一般專業(yè)技術(shù)人員就可承擔(dān)完成?！?/p>

為便于進(jìn)一步理解三級(jí)遙感工作，筆者對(duì)三級(jí)遙感的技術(shù)特點(diǎn)與要求做進(jìn)一步的說(shuō)明。

架空輸電線路工程一般沿既有電力走廊走線，可以利用已建工程的影像資料。已建工程的影像資料就是有既有影像資料。

地理信息系統(tǒng)，特別是公共地理信息系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，已經(jīng)快速發(fā)展，比如可以較為方便地利用谷歌地球、必應(yīng)地圖和雅虎地圖等公共平臺(tái)數(shù)據(jù)。

地區(qū)性資料豐富有兩重含義：一是具備1∶200000或更大比例尺區(qū)域地質(zhì)圖或區(qū)域水文地質(zhì)圖；二是已經(jīng)進(jìn)行過(guò)工程地質(zhì)測(cè)繪或巖土工程勘測(cè)。兩者滿足其一，即可稱為已有資料充分的區(qū)域。

三級(jí)遙感解譯采用目視解譯法，滑坡、崩塌和泥石流等解譯對(duì)象可以直接判斷，不需要進(jìn)行圖像處理。

一、二級(jí)遙感工作均由專業(yè)的遙感解譯人員完成，三級(jí)遙感工作則不需要，可由巖土工程師等技術(shù)人員完成。實(shí)際上是要求巖土工程師應(yīng)用地質(zhì)學(xué)原理識(shí)別圖像。

遙感地質(zhì)是一種間接勘測(cè)手段，需要到實(shí)地進(jìn)行驗(yàn)證。三級(jí)遙感不必如此嚴(yán)格，只需要得到定性的解譯成果即可，不必到實(shí)地驗(yàn)證。但，這里應(yīng)當(dāng)理解為在遙感解譯過(guò)程中不需要到實(shí)地驗(yàn)證，不應(yīng)理解為整個(gè)勘測(cè)期間均不進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。實(shí)際勘測(cè)中，解譯對(duì)象對(duì)工程有影響時(shí)，也應(yīng)實(shí)地驗(yàn)證。

3　三級(jí)遙感地質(zhì)的應(yīng)用

3.1工程地質(zhì)條件集成

工程地質(zhì)條件集成可以采用編譯工程地質(zhì)圖的方法。地層巖性和地層構(gòu)造可以轉(zhuǎn)繪自區(qū)域地質(zhì)圖，已發(fā)現(xiàn)的滑坡、崩塌、泥石流等轉(zhuǎn)繪自縣(市)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估資料或已有工程資料，見(jiàn)圖5。

圖5　疊加了工程地質(zhì)條件的衛(wèi)星圖

圖5中紅色線為斷層，白色線為地層巖性界線，藍(lán)色線為路徑方案，圖釘為塔位位置。

3.2工程地質(zhì)條件要素解譯

工程地條件包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)作用和天然建筑材料等六個(gè)要素。本節(jié)只示例性地說(shuō)明地形地貌、地層巖性、斜坡宏觀結(jié)構(gòu)類型和人類活動(dòng)等廣義工程地質(zhì)條件的解譯方法。

(1) 地形地貌

可以從谷歌影像圖上直觀劃分地貌單元或微地貌單元。斜坡坡度、坡長(zhǎng)、坡向等斜坡特征要素均可從影像圖上直接量測(cè)。實(shí)際工作中，可量測(cè)典型地貌單元的斜坡特征要素以了解整個(gè)工程穿越區(qū)的總體地形地貌特征。

從谷歌影像圖上不僅可以量測(cè)各種數(shù)據(jù)，還可利用谷歌地球的高度配置文件分析巖溶區(qū)的夷平面，見(jiàn)圖6。

圖6　夷平面解譯

(2)地層巖性

不同巖性區(qū)的影像特征有較明顯的區(qū)別，如砂(泥)巖區(qū)的條狀地形、灰?guī)r區(qū)的“冒泡”地形，見(jiàn)圖7、圖8。

圖7　砂(泥)巖區(qū)典型影像

圖8　灰?guī)r區(qū)典型影像

不同巖性區(qū)的不同影像特征需要總結(jié)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。地層巖性界線一般轉(zhuǎn)繪自區(qū)域地質(zhì)圖，但可從影像上來(lái)驗(yàn)證或復(fù)核地層巖性的準(zhǔn)確性。

(3) 斜坡宏觀結(jié)構(gòu)類型

山區(qū)架空輸電線路現(xiàn)已全面采用不等高基礎(chǔ)，盡量不開(kāi)挖或少開(kāi)挖以減小對(duì)地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)。架空輸電線路塔位建設(shè)時(shí)絕大部分不必場(chǎng)平，即鐵塔是長(zhǎng)期位于斜坡之上的。

塔位場(chǎng)地穩(wěn)定性基本等同于斜坡穩(wěn)定性，斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型直接決定了斜坡穩(wěn)定性。斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，一般是依據(jù)斜坡穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)面與斜坡坡向的相對(duì)關(guān)系將斜坡分成順向、切向和逆向邊坡。沉積巖區(qū)，巖層層面無(wú)疑是斜坡穩(wěn)定性的控制性結(jié)構(gòu)面。

在谷歌影像圖上疊加了巖層產(chǎn)狀后，可快速判斷出斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型，見(jiàn)圖9。

圖9　邊坡結(jié)構(gòu)類型解譯

(4) 滑坡、崩塌和泥石流等不良地質(zhì)作用

滑坡、崩塌和泥石流是山區(qū)線路工程穿越區(qū)最常見(jiàn)，也對(duì)塔位穩(wěn)定性和桿塔長(zhǎng)期安全運(yùn)行威脅最大的三類不良地質(zhì)作用。如果植被不發(fā)育，該三類不良地質(zhì)作用比較容易識(shí)別，見(jiàn)圖10、圖11。

圖10　滑坡和崩塌解譯

圖11　泥石流解譯

(5)人類活動(dòng)

人類活動(dòng)本身不屬于工程地質(zhì)條件，但人類活動(dòng)可以改變工程地質(zhì)條件，所以人類活動(dòng)對(duì)線路工程的塔位場(chǎng)地選擇與長(zhǎng)期安全運(yùn)行有重要影響。常見(jiàn)的人類活動(dòng)有公路建設(shè)、水電站建設(shè)和礦山開(kāi)采等。由于人類活動(dòng)很大程度上改變了自然的協(xié)調(diào)性，很容易在影像上識(shí)別，見(jiàn)圖12。

圖12　公路解譯

3.3協(xié)同工作平臺(tái)構(gòu)建

目前架空輸電線路工程巖土工程勘測(cè)存在兩個(gè)比較大的問(wèn)題：一是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程師過(guò)于依賴，勘測(cè)質(zhì)量的優(yōu)劣很大程度上取決于現(xiàn)場(chǎng)工程師的業(yè)務(wù)水平；二是未能形成現(xiàn)場(chǎng)工程師與主管技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)同工作平臺(tái)，不能做到及時(shí)解決工作出現(xiàn)的問(wèn)題。

地理信息技術(shù)的發(fā)展為解決上述兩個(gè)問(wèn)題提供了可能。西南電力設(shè)計(jì)院正試圖構(gòu)建基于三級(jí)遙感工作平臺(tái)的協(xié)同工作機(jī)制。

4　結(jié)語(yǔ)

《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)發(fā)布。隨著該規(guī)程的逐步施行，三級(jí)遙感工作將廣泛應(yīng)用于各類電力工程的巖土勘測(cè)中，特別是架空輸電線路工程將大有表演舞臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程(征求意見(jiàn)稿) [S]．2013．

[2]電力工程工程地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)規(guī)程(送審稿)[S]．2014．

[3]西南電力設(shè)計(jì)院．巖土工程勘測(cè)報(bào)告[R]．成都：西南電力設(shè)計(jì)院，2009～2014．

Application of the Grade Ⅲ of Remote Sensing Geological Interpretation to Geotechnical Investigation in Transmission Line

TAN Guang-jie
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610025, China)

Abstract:On the basis of Technical Code for Remote Sensing Survey of Electric Power Engineering DL/T 5492-2014，this thesis discusses the work grades of remote sensing geological interpretation and describes the conception of the grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation. After that, it demonstrates how to apply the grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation to geotechnical investigation in overhead transmission line project. All the interpretation examples are given by using Google Earth.

Key words:grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation; overhead transmission line project; google earth.

中圖分類號(hào)：P627

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-9913(2016)01-0016-05

* 收稿日期：2015-08-04

作者簡(jiǎn)介：譚光杰(1974- )，男，重慶墊江縣人，高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)土木工程師(巖土)，從事巖土工程勘測(cè)工作。