遥感选线技术在果子沟地区的应用

王江宇，张智禹，王雅琼

（中国石油天然气管道局设计院，河北廊坊 065000）

遥感选线技术在果子沟地区的应用

王江宇，张智禹，王雅琼

（中国石油天然气管道局设计院，河北廊坊 065000）

西气东输二线工程在管道设计工作上大胆创新，全线采用遥感技术作为一项重要的辅助设计手段。在果子沟地区的选线过程中，该技术有力地支持了设计工作，对地形、地物作出了清晰的识别，充分发挥了辅助作用。

西气东输二线；选线；遥感技术

1 遥感技术的引入

西气东输二线管道工程西起新疆霍尔果斯口岸，东至上海、广州、深圳，经过14个省、市、自治区，线路总长约8 600 km，包含1条干线、8条支干线，是连接中亚进口气源和沿线中西部地区、华东、华南、长三角、珠三角用气市场的重要能源通道，是保证我国经济可持续发展的重要基础建设工程。

西气东输二线管道工程是目前世界上最长的大口径高压输气管道工程，在工程设计的可行性研究阶段就决定全线引入遥感技术作为管道线路设计的辅助手段，以提高设计质量，减少设计人员的野外工作量，缩短设计周期，为西气东输二线工程建设提供优质的设计和服务。

在工程建设过程中，遥感技术主要应用于设计阶段，作为线路选择和优化的辅助工具，遥感技术主要通过影像图片和数字高程信息实现其辅助功能。

在利用遥感技术之前，设计人员首先根据地形图确定管道的初步路由，然后根据初步路由的中线坐标确定航飞路线，待影像图片拍摄完成，数字高程信息也测量完成后，对图片进行纠正、裁剪、拼接等处理，最后由线路设计人员应用软件在处理好的影像图片上叠加带有坐标的线路文件，对线路进行重选或优化，完成中线确定工作。

2 遥感技术的优势

西气东输二线全线 （包括果子沟地区）采用了飞机航空测量的手段获得遥感图像和地面高程信息，遥感图像为真彩色全波段图像，分辨率为0.5m，地面高程信息精度为每1 m一个高程点，这些遥感资料经过GIS手段构建模型，服务于选线工作。作为管道设计的新技术，遥感技术具备以下优点。

2.1 不受地形限制

选线时，由于地形的差别，山区地段选线比平原段要困难得多。西气东输二线果子沟地区山高林密、人迹罕至，选线人员到达线路位置的难度非常大甚至存在安全风险。遥感技术利用影像图片和数字高程可以打破地形的限制，使选线人员可以在不亲临现场的情况下对所选线路路由附近的地形地貌有清楚的了解，从而大大减少了线路设计人员的野外工作量。

2.2 不受时效限制

选线时，与传统的地形图相比，遥感影像图在时效性上具有明显优势。由于传统地形图绘制时间多在20世纪50～90年代，最新的也不超过2000年，随着各地经济的发展，人口的增加，许多城镇、村落、河湖、交通线等地物都发生了变化，单纯依靠地形图经常造成线路选择的失误，最终导致改线。西气东输二线所用的遥感影像图均为线路设计前才拍摄的航空遥感图片，所以其反映出的地物信息时效性非常好，对选线工作很有帮助。

2.3 反映地物信息清晰、直观

选线时，与地形图、政区图、交通图等传统地图相比，遥感的真彩色影像图视觉效果更加具体、真实。传统地图只能依靠各种抽象的图例、颜色、线条等表示地形地物，而真彩色影像图以照片的方式把地物呈现给设计人员，清晰、具体、直观，很容易判别。

3 遥感技术的应用

在新疆博乐市境内，西气东输二线工程穿越西天山的果子沟地区，管道沿大东沟、玉塔斯沟进入山区，通过约30 km的高山段，并穿越了6处隧道，最终进入赛里木湖南侧的平原地带。由于此段地势险峻，山高谷深，山脉阴坡终年积雪，即使是当地有丰富经验的牧民也很少进入山区放牧，在自然条件恶劣的情况下，非常不利于管道设计野外工作的开展。因此遥感技术的优势在此区段得到了充分的发挥，给设计人员提供了非常大的帮助。

3.1 地形的判别

果子沟地区山势高险，谷地深窄，从1∶50 000地形图上只能根据密集曲折的等高线抽象地看出地形，经过GIS平台建模，利用遥感数据可清晰直观地看出山坡坡度、河谷宽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见图1。

最初设计人员从1∶50 000地形图上判断此处沟谷落差较大，水流对沟底的冲蚀下切作用强，将管道置于沟中敷设需要修筑大量的水工保护设施，两侧山坡的坡度不易从地形图上明确判断，因此拟将管道置于半坡上敷设。从遥感图上可以非常明显地看出此处山势陡峭，横坡敷设坡度太大，存在滑坡的隐患，对管道安全不利。根据遥感图像所反映的地形信息，设计人员很快做出了沿河谷深埋敷设加强水工保护的方案。无需赴现场进行方案比选。

3.1.2 3#隧道附近的地形

3#隧道附近的地形见图2。在果子沟3#隧道的选线过程中，遥感数据为隧道位置的选择提供了很直观的帮助。从遥感图可以看出，3#隧道的设置是必须的， 3#隧道的进、出口分别位于两条不连通的山谷中，进口处的山谷向前沿远离出口山谷方向延伸，两山谷不存在交汇处，因此必须在两山谷的平行段选取最短的隧道方案通过。3#隧道进、出口分别位于同一山岭的阳坡和阴坡，如果仅凭设计人员野外踏勘，要经过多次细致的野外工作才能选出隧道位置的最短方案。当有了遥感数据以后，在图上随意调整进、出口的位置，就可以直观地选出最短的隧道方案。因此遥感技术有效解决了果子沟3#隧道的必要性和最短性的两个关键问题。

3.2 地物的判别

果子沟地区的海拔高、纬度高，气候寒冷，植被非常脆弱，一旦被破坏就很难恢复。为了保护植被，选线时需要对沟内的植被、坡地、道路、河道等地物准确识别，以绕避树木，少占草地，保护生态环境。

果子沟地区所选用的真彩色遥感图像可以如实地反映地物的颜色，由于植被种类和生长情况不同，含有叶绿素的量也不同，因此在图像上反映出来的绿色深浅也不同。木本植物要比草本植物颜色深，长势好的植物要比长势差的颜色深。

3.2.1 草甸

在大东沟和玉他斯沟交口处，管道由原来的沿大东沟方向转向玉他斯沟方向，两沟交口的河滩上由于水分充足，分布着成片的草甸，为了不破坏这些草甸，管道需要对其进行绕避。通过对遥感图的分析，两沟交口的地表情况大致可分为5类 （见图 3）。

（1）长势好的草甸：面积大，由于光合作用强，大量吸收除绿光外的其他色光，对绿色光反射率高，呈深绿色，边缘不变浅。

（2）长势相对差的草甸：面积相对小，由于光合作用较弱，吸收除绿光外的其他色光少，颜色呈绿色，尤其边缘处植被长势越来越差，对其他色光的吸收率越来越低，边缘的绿色逐渐变浅直至消失。

（3）河滩地：由于受到流水的冲刷，地表多为砂和砾石，不存在植被，对各种颜色光的反射率都很高，不存在选择性吸收，因此呈亮白色。

（4）一般坡地：由于既不生长植被又不受到流水的冲刷，且没有人为的扰动，因此地表生长着地衣类的低等植物，对除绿光外的其他色光仅有少量吸收，因此一般坡地呈现出很浅的灰绿色。

（5）牧道：这些牧道是当地牧民进山放牧时自然形成的，对原始坡地上的地衣造成了破坏，因此，牧道处仅存在微量的对除绿光外其他色光的选择性吸收，呈灰白色。

在对以上5类地表情况进行分析后，设计人员可以很清晰地对该地区的草甸进行辨识，从而增加转角，改变局部线路走向，使管道避开草甸和要整修为施工便道的牧道，从坡地和河滩地通过，对沟内的植被进行保护。

3.2.2 树木

在玉他斯沟内，由于汇水量大，河谷内冲刷严重，流水对沟底的刨蚀作用非常强烈，因此在最初选择线路方案时，设计人员曾经推荐过沿左侧缓坡敷设，避开河道的方案。当遥感资料到位后，设计人员对此处的地貌再次进行了分析，发现此处的地表情况大致可分为三类 （见图4）。

（1）河滩地：表面为砂和砾石，对各色光线反射率都很高，呈亮白色。

（2）一般坡地：只生长着地衣类植物，对除绿光外的其他色光有少量吸收，呈浅灰绿色。

（3）零星分布的树木：与草本植物相比，树木的光合作用要更强烈，对除绿光外的其他色光吸收得更多，从而显出更深的绿色。但由于树木为零星分布，不形成树林，树木之间的空隙较大，因此在遥感图上树木显示为鲜艳的绿色呈点状杂散分布。

在通过遥感资料辨识出左侧缓坡上存在大量零星分布的树木以后，为了保护这些植被不被破坏，设计人员及时修改了方案，绕避了这些树木，把管道深埋并采取水工保护措施后敷设于河道中。

3.3 地质灾害的判别

果子沟地区山高谷深，高山常年被积雪覆盖，属于地质灾害高发的地区。利用遥感技术在一定程度上可以对这些灾害进行预判，以便提前采取保护措施。

3.3.1 雪崩

果子沟1#隧道入口之前，玉他斯沟沟头处的山势已十分陡峭，山顶常年积雪，从遥感图上可以看出，在山顶附近，积雪由于对各色的光线均强烈反射而呈现亮白色，一旦进入冬季后，降雪量的增大会使积雪的厚度大大增加，不稳定的积雪质量超出陡坡所能承载的范围后就会发生雪崩 （见图5）。通过遥感技术，此处雪崩灾害在夏季就可以提前判别，有足够的时间在冬季到来之前采取措施。

3.3.2 泥石流

管道出果子沟1#隧道后，沿沟谷敷设。从遥感图6上看，此段沟谷阴坡呈现亮白色，为常年不化的积雪，阳坡呈深浅不同的绿色，为夏季积雪融化后长出的疏密不均的植被。从阴坡夏季积雪量判断，阳坡积雪融化时的水量很大。除此之外，此沟为3条小汇水沟的总汇水沟，春季积雪融化和夏季雨水充沛时水量将会相当大，因此，可以判断该段线路敷设于泥石流灾害区，需要采取深埋并采用混凝土连续浇注等有效水工保护措施加以保护。

4 对遥感技术的改进和建议

4.1 费用高

西气东输二线工程采用的是航空遥感技术，利用飞机在飞行过程对中线两侧拍摄遥感图像，由于涉及保密问题，此项工作必须委托专业的测绘机构来完成，费用很高。

对于这一问题，建议采用相对廉价的航天遥感技术代替航空遥感，即采用位于高空的地球卫星代替飞机拍摄遥感图片，这样虽然在时效性方面有所损失，但可以节省大笔费用。

4.2 航带宽度有限

西气东输二线工程遥感图像的宽度为管道中线两侧各600 m，如果在遥感图像拍摄完成后再发生改线幅度大于600 m的情况，就需要进行人工测量来获得数据，因此遥感图像有限的宽度使线路的选择受到限制。

关于航带宽度问题，可以采用在地形复杂地段增加航飞次数，采用双航带甚至多航带拍摄的办法加以解决，这样，在遥感图像上局部地区的改线空间将随航带的增多而成倍增加。

4.3 受天气影响

西气东输二线工程全部的遥感图像都需要在飞机上拍摄，天气对于飞机的飞行和遥感图像的清晰度都有很大影响。果子沟地区春季沙尘天气多，夏季雷雨天气多，冬季风雪天气多，这些都会造成遥感图像拍摄工作推迟，在一定程度上影响设计的进度。

克服天气的影响主要可以采取两种措施：第一，采用航天遥感方法拍摄的卫星图片避免航空遥感受天气的限制，以牺牲一些时效性为代价争取时间；第二，根据不同地区的气候特点选取最佳航飞季节，及时关注航飞区域的天气预报，选取晴好天气开展航飞工作。

5 结束语

遥感作为一门近年来引入管道设计领域的新技术为西气东输二线工程管道线路的选择提供了很大帮助，尤其是在果子沟这种高山地区，其辅助作用就体现得更加明显，不但节省了大量的人力、物力、财力和时间，而且对一些地面踏勘不易观察出的地形地物从俯瞰的角度给出了清晰的表示。因此，遥感技术在以后的管道设计工作中还有很大的利用空间，需要继续深入研究，多加利用，使其更好地应用到设计工作中，发挥更大的辅助作用。

[1]梅安新，彭望琭，秦其明，等.遥感导论 [M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]李小文，刘素红.遥感原理与应用 [M].北京：科学技术出版社，2008.

[3]李小文，王锦地.植被光学遥感模型与植被结构参数化 [M].北京：科学出版社，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，助理工程师，2006年毕业于中国地质大学 （北京）地理信息系统专业，先后从事成品油管道工程、西气东输二线管道工程的设计工作。

2010-10-25