論遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

劉芝勇

（中鐵二院地勘巖土勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000）

論遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

劉芝勇

（中鐵二院地勘巖土勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000）

現(xiàn)階段，在中國鐵路工程的地質(zhì)勘查項(xiàng)目中，遙感技術(shù)已經(jīng)成為其一種重要的勘查手段。然而僅僅通過傳統(tǒng)的判釋方法和單一的數(shù)據(jù)源，并不容易達(dá)到其地質(zhì)勘查的較好效果，地質(zhì)勘查的不同階段的不同需求也很難得到滿足。為了使鐵路工程的地質(zhì)勘查的工作質(zhì)量和工作效率得到提高，為了提供新的技術(shù)方案，筆者在本文中，結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對遙感勘查在鐵路工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀、鐵路工程中遙感技術(shù)的技術(shù)體系以及遙感在鐵路工程地質(zhì)勘查中的關(guān)鍵技術(shù)等方面做出了詳細(xì)地闡述。

遙感技術(shù)；鐵路工程；地質(zhì)勘查

目前，我國鐵路工程項(xiàng)目中，在前期的設(shè)計(jì)研究方案很容易受到環(huán)境因素的干擾，隨著環(huán)境因素的變化，其設(shè)計(jì)方案也必須隨之進(jìn)行變更，為了可以在數(shù)據(jù)缺乏的條件下和規(guī)定的限期內(nèi)將鐵路工程地質(zhì)勘查工作完成，這便需要將遙感技術(shù)更好地運(yùn)用到鐵路工程地質(zhì)勘查中來。但是由于現(xiàn)階段我國鐵路工程地質(zhì)勘查中遙感技術(shù)的應(yīng)用得還不夠完善，也沒有階段性突破，而且在實(shí)際應(yīng)用中還存在著較多的問題。所以，針對鐵路工程地質(zhì)勘查中遙感技術(shù)的應(yīng)用的研究，對我國鐵路工程的建設(shè)具有極其深遠(yuǎn)的意義。

一、遙感勘查在鐵路工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

筆者結(jié)合現(xiàn)階段已經(jīng)完成的鐵路工程地質(zhì)勘查項(xiàng)目與自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用現(xiàn)狀，做出以下幾點(diǎn)總結(jié)。

1. 首先，解釋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由比例尺不同的航衛(wèi)圖片組成，專家進(jìn)行手工標(biāo)注和判釋工作的時(shí)候通常是通過相關(guān)軟件工具或是立體鏡來完成的，如此一來，便會造成人工勞動(dòng)的強(qiáng)度較大，并且其工作效率也會受到負(fù)面影響。

2. 目前，還不能完全實(shí)現(xiàn)對單個(gè)地質(zhì)體進(jìn)行定量分析與巖性的定量識別，并且解釋基本為定性的描述，且其局限性比較大，詳細(xì)程度受到約束。在勘察的后續(xù)階段的棄渣場選址、勘探孔布置以及供電測繪等工作便難以拓展。

3. 遙感勘查的手段相對比較單一，對高陡坡激光雷達(dá)成像的定量化與高精度和地表形變監(jiān)測等遙感技術(shù)的利用較少。

4. 對于綜合利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的效率不高，受到主管思維模式的禁錮，從而對與鐵路工程的地質(zhì)條件產(chǎn)生定性地評價(jià)和分析，從而導(dǎo)致缺少同時(shí)擁有信息提取、數(shù)據(jù)集成以及定量評價(jià)等行之有效的信息系統(tǒng)。

二、鐵路工程中遙感技術(shù)的技術(shù)體系

1. 技術(shù)體系目標(biāo)

在地質(zhì)環(huán)境中的多解性與復(fù)雜性等客觀條件的制約下，地質(zhì)調(diào)查在整個(gè)鐵路工程中長期處于一種投入高但產(chǎn)出較低、外業(yè)勞動(dòng)的強(qiáng)度較大以及難以保證質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)狀況，進(jìn)而便很難跟上其他的專業(yè)信息化技術(shù)的腳步，而改變目前這一被動(dòng)現(xiàn)狀的突破點(diǎn)在于對遙感地質(zhì)勘查技術(shù)的有效利用。在鐵路工程地質(zhì)勘查方面3S等信息技術(shù)的發(fā)展，且其帶來了多視角、全方位、深層次的信息化工具，從而對人工調(diào)查視野和對地理環(huán)境的逼真模擬等都起到了積極的作用，其在鐵路工程的地質(zhì)勘查中也是提供了不同精度和尺度的地質(zhì)的空間位置、幾何形狀與目標(biāo)屬性等有效信息。對遙感解釋的關(guān)鍵技術(shù)的深入研究與詳細(xì)作業(yè)程序的制定工作都是極其有必要的，對不同的工程類型、勘察階段與地質(zhì)環(huán)境等條件都可以滿足鐵路勘查工作的需要，從而將信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化的鐵路遙感勘察體系建立起來。最后將地質(zhì)調(diào)繪工作做得更加精細(xì)，綜合地質(zhì)勘查的效率和質(zhì)量也可以有所提高，對外業(yè)工作的勞動(dòng)程度也可以有所減少，從而實(shí)現(xiàn)對勞動(dòng)力的解放。

2. 研究方法

對鐵路線路的選線設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘查以及地質(zhì)解釋等等傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行充分地考慮，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上，將地球空間信息技術(shù)的先進(jìn)研究作為核心指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)在鐵路勘查中GPS技術(shù)、GIS技術(shù)與遙感技術(shù)等方面的專業(yè)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。資料收集、生產(chǎn)試驗(yàn)、項(xiàng)目應(yīng)用、技術(shù)調(diào)研、標(biāo)準(zhǔn)制定等為其主要的研究方法，將具有高層次技術(shù)平臺建設(shè)起來，其中將三維地理建模、遙感信息解譯、綜合勘察資料以及工程地質(zhì)調(diào)查等功能結(jié)合到一起，從而使互通、共享專業(yè)資料的目的得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而鐵路地質(zhì)勘查技術(shù)的工作程序與勘查技術(shù)也就得以形成，對傳統(tǒng)的鐵路地質(zhì)勘查的方式也做出了改進(jìn)工作。

三、遙感在鐵路工程地質(zhì)勘查中的關(guān)鍵技術(shù)

1. 利用遙感技術(shù)建立工程地質(zhì)知識庫

為了使遙感圖像更適合于專家系統(tǒng)的解釋，將工程地質(zhì)遙感的數(shù)據(jù)庫建立起來。搭建這個(gè)數(shù)據(jù)庫的目的在于，整理和合并專家解釋的分析數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等信息，從而確保數(shù)據(jù)在自動(dòng)解釋中的調(diào)用與供給。對有著巖石巖性、水系結(jié)構(gòu)、斷層構(gòu)造等等地質(zhì)圖像的特征與標(biāo)志關(guān)系進(jìn)行具體研究，再將紋理知識、GIS知識以及空間幾何特征的系統(tǒng)分析進(jìn)行引入，將相關(guān)的地學(xué)信息的關(guān)系圖譜建立起來，并且提煉出相關(guān)的通用的符號語言和圖解方法等等，再將GIS數(shù)據(jù)模型進(jìn)行應(yīng)用，從而建立起工程地質(zhì)知識庫。

2. 提取工程地質(zhì)中的巖性信息

在氣候惡劣、植被稀缺和交通極其不便的北方山區(qū)，其開展地面調(diào)查工作的難度較大，通過高光譜數(shù)據(jù)對巖石進(jìn)行識別，其技術(shù)對巖石巖性的研究和診斷非常有利。除此之外，巖石的化學(xué)、礦物成分以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等屋里特征都可以通過光譜的吸收特征得到反映。另一方面，在巖石強(qiáng)烈風(fēng)化和高植被覆蓋的南方山區(qū)，巖性信息極其微弱，給高光譜對其的定量識別工作帶來了很大難度，僅僅通過多光譜遙感去實(shí)現(xiàn)其巖土性質(zhì)的分類工作的難度也相對較大。如此一來，關(guān)鍵問題變成了對多源信息的選擇和獲取，對遙感影響所采集到的光譜、植被以及紋理信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并融合，再通過對巖土工程性質(zhì)進(jìn)行分類，最終對其分類的結(jié)果予以分析評價(jià)。

3. 利用遙感技術(shù)識別地質(zhì)災(zāi)害

3.1 崩塌識別

崩塌信息的識別，需要先利用遙感技術(shù)對已知崩塌進(jìn)行紋理特征分析，獲取基本信息，再通過DEM將坡度大于標(biāo)準(zhǔn)值的區(qū)域進(jìn)行提取，接著將基巖高反射率的區(qū)域利用高分辨率的影像提取出來，最后結(jié)合上述獲得的信息最崩塌的范圍進(jìn)行圈定。弱植被圖斑以及裸地的提取和篩選包括去除地形陰影等都是提取崩塌工作中的關(guān)鍵所在，通過集成計(jì)算圖像提取出來的植被指數(shù)、第一主要成分的變換信息、土壤的亮度指數(shù)以及地形數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，都是其裸地所需要提取的源數(shù)據(jù)。

3.2 滑坡識別

人機(jī)或是自動(dòng)將滑坡可能發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行圈定，定量描述或是表達(dá)出滑坡的描述性特征。為了使滑坡的識別率得到提高、誤判性得到降低，則通常利用多源數(shù)據(jù)的融合對滑坡進(jìn)行識別。

3.3 斷裂構(gòu)造識別

在鐵路工程中，影響其穩(wěn)定的重要因素之一便是斷裂構(gòu)造。通過山體陰影與三維遙感圖像進(jìn)行半透明疊加，其斷裂構(gòu)造的信息可以得到突顯，再對地形地質(zhì)進(jìn)行參考，加上通過亮度反轉(zhuǎn)、變換彩色空間等等處理手段，從而獲得的圖像進(jìn)行解釋，則隨斷裂構(gòu)造信息的提取非常有利。

3.4 潛在泥石流的識別

以泥石流的流域?yàn)樵u價(jià)的基本單元，其關(guān)聯(lián)因子由泥石流的潛在構(gòu)成因素組成。判別泥石流流域潛在隱患的方法，與劃分地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)地帶的方法類似，形成泥石流的潛在可能性大小的判定依據(jù)，是根據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)程度的大小而決定的。其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)皆為定量數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化、均勻化以及規(guī)格化的方式進(jìn)行統(tǒng)一量綱，再將其帶入評價(jià)模型。通過相關(guān)的疊加分析方法，生成出相對應(yīng)的流域柵格圖層，再通過對前人標(biāo)準(zhǔn)的重新量化，接著分別將其賦予權(quán)重進(jìn)行運(yùn)算，并將預(yù)測的結(jié)果計(jì)算出來。

4. 建立工程地質(zhì)條件的評價(jià)模型

鐵路工程的地質(zhì)條件擁有著多層次、多因素和不確定性強(qiáng)等特征，對評價(jià)的決策變量、目標(biāo)和作用需要進(jìn)行深入地分析，對主要的相關(guān)因子進(jìn)行確定，對每一分類等級中的每一個(gè)因子的級別值進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定，并將其各項(xiàng)因素的評價(jià)指標(biāo)數(shù)值計(jì)算出來，再將其最優(yōu)指標(biāo)的數(shù)值利用GIS的分析方法進(jìn)行計(jì)算，并將評價(jià)分級圖編制出來。在選取評價(jià)因子的時(shí)候，嚴(yán)格對工程的特性和質(zhì)地進(jìn)行結(jié)合，并且將對工程的穩(wěn)定性影響最大的因子組合找出來，以之為評價(jià)的綜合指標(biāo)。通過對AreGIS數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加操作，并且將對應(yīng)的準(zhǔn)則圖層與其權(quán)重進(jìn)行相乘，最后對加權(quán)之后的圖層進(jìn)行操作和疊加，從而得出鐵路工程地質(zhì)條件的綜合評價(jià)圖。

結(jié)論

綜上所述，筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)體系以及鐵路工程遙感地質(zhì)勘察系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)等方面做出了詳細(xì)地闡述，并且希望本文可以在遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用方面有著些許的參考意義。

［1］高山，馮光勝.三維遙感鐵路工程地質(zhì)勘察技術(shù)應(yīng)用研究［J］.鐵道勘察，2009（1）：36-39.

［2］卓寶熙，甄春相.遙感技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2005（S1）：398-406.

［2］高山.鐵路遙感地質(zhì)勘察技術(shù)體系研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2014（4）：6-10.

［3］袁桂琴，熊盛青，孟慶敏，周錫華，林品榮，王書民，高文利，徐明才，史大年，李秋生.地球物理勘查技術(shù)與應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011（11）：1744-1805.

U212

A