论遥感技术在铁路工程地质勘查中的应用

2016-12-13刘芝勇

中国新技术新产品 2016年15期

关键词：遥感技术工程地质勘查

刘芝勇

（中铁二院地勘岩土勘察设计研究院，四川成都 610000）

论遥感技术在铁路工程地质勘查中的应用

刘芝勇

（中铁二院地勘岩土勘察设计研究院，四川成都 610000）

现阶段，在中国铁路工程的地质勘查项目中，遥感技术已经成为其一种重要的勘查手段。然而仅仅通过传统的判释方法和单一的数据源，并不容易达到其地质勘查的较好效果，地质勘查的不同阶段的不同需求也很难得到满足。为了使铁路工程的地质勘查的工作质量和工作效率得到提高，为了提供新的技术方案，笔者在本文中，结合自身的工作经验，对遥感勘查在铁路工程中的应用现状、铁路工程中遥感技术的技术体系以及遥感在铁路工程地质勘查中的关键技术等方面做出了详细地阐述。

遥感技术；铁路工程；地质勘查

目前，我国铁路工程项目中，在前期的设计研究方案很容易受到环境因素的干扰，随着环境因素的变化，其设计方案也必须随之进行变更，为了可以在数据缺乏的条件下和规定的限期内将铁路工程地质勘查工作完成，这便需要将遥感技术更好地运用到铁路工程地质勘查中来。但是由于现阶段我国铁路工程地质勘查中遥感技术的应用得还不够完善，也没有阶段性突破，而且在实际应用中还存在着较多的问题。所以，针对铁路工程地质勘查中遥感技术的应用的研究，对我国铁路工程的建设具有极其深远的意义。

一、遥感勘查在铁路工程中的应用现状

笔者结合现阶段已经完成的铁路工程地质勘查项目与自身的工作经验，对遥感技术在铁路工程地质勘查中的应用现状，做出以下几点总结。

1. 首先，解释基础数据由比例尺不同的航卫图片组成，专家进行手工标注和判释工作的时候通常是通过相关软件工具或是立体镜来完成的，如此一来，便会造成人工劳动的强度较大，并且其工作效率也会受到负面影响。

2. 目前，还不能完全实现对单个地质体进行定量分析与岩性的定量识别，并且解释基本为定性的描述，且其局限性比较大，详细程度受到约束。在勘察的后续阶段的弃渣场选址、勘探孔布置以及供电测绘等工作便难以拓展。

3. 遥感勘查的手段相对比较单一，对高陡坡激光雷达成像的定量化与高精度和地表形变监测等遥感技术的利用较少。

4. 对于综合利用基础数据的效率不高，受到主管思维模式的禁锢，从而对与铁路工程的地质条件产生定性地评价和分析，从而导致缺少同时拥有信息提取、数据集成以及定量评价等行之有效的信息系统。

二、铁路工程中遥感技术的技术体系

1. 技术体系目标

在地质环境中的多解性与复杂性等客观条件的制约下，地质调查在整个铁路工程中长期处于一种投入高但产出较低、外业劳动的强度较大以及难以保证质量的现实状况，进而便很难跟上其他的专业信息化技术的脚步，而改变目前这一被动现状的突破点在于对遥感地质勘查技术的有效利用。在铁路工程地质勘查方面3S等信息技术的发展，且其带来了多视角、全方位、深层次的信息化工具，从而对人工调查视野和对地理环境的逼真模拟等都起到了积极的作用，其在铁路工程的地质勘查中也是提供了不同精度和尺度的地质的空间位置、几何形状与目标属性等有效信息。对遥感解释的关键技术的深入研究与详细作业程序的制定工作都是极其有必要的，对不同的工程类型、勘察阶段与地质环境等条件都可以满足铁路勘查工作的需要，从而将信息化、标准化和系统化的铁路遥感勘察体系建立起来。最后将地质调绘工作做得更加精细，综合地质勘查的效率和质量也可以有所提高，对外业工作的劳动程度也可以有所减少，从而实现对劳动力的解放。

2. 研究方法

对铁路线路的选线设计、地质勘查以及地质解释等等传统的业务需求进行充分地考虑，并且在这个基础上，将地球空间信息技术的先进研究作为核心指导，实现在铁路勘查中GPS技术、GIS技术与遥感技术等方面的专业优势的充分发挥。资料收集、生产试验、项目应用、技术调研、标准制定等为其主要的研究方法，将具有高层次技术平台建设起来，其中将三维地理建模、遥感信息解译、综合勘察资料以及工程地质调查等功能结合到一起，从而使互通、共享专业资料的目的得到实现，进而铁路地质勘查技术的工作程序与勘查技术也就得以形成，对传统的铁路地质勘查的方式也做出了改进工作。

三、遥感在铁路工程地质勘查中的关键技术

1. 利用遥感技术建立工程地质知识库

为了使遥感图像更适合于专家系统的解释，将工程地质遥感的数据库建立起来。搭建这个数据库的目的在于，整理和合并专家解释的分析数据和实际经验等信息，从而确保数据在自动解释中的调用与供给。对有着岩石岩性、水系结构、断层构造等等地质图像的特征与标志关系进行具体研究，再将纹理知识、GIS知识以及空间几何特征的系统分析进行引入，将相关的地学信息的关系图谱建立起来，并且提炼出相关的通用的符号语言和图解方法等等，再将GIS数据模型进行应用，从而建立起工程地质知识库。

2. 提取工程地质中的岩性信息

在气候恶劣、植被稀缺和交通极其不便的北方山区，其开展地面调查工作的难度较大，通过高光谱数据对岩石进行识别，其技术对岩石岩性的研究和诊断非常有利。除此之外，岩石的化学、矿物成分以及结构构造等屋里特征都可以通过光谱的吸收特征得到反映。另一方面，在岩石强烈风化和高植被覆盖的南方山区，岩性信息极其微弱，给高光谱对其的定量识别工作带来了很大难度，仅仅通过多光谱遥感去实现其岩土性质的分类工作的难度也相对较大。如此一来，关键问题变成了对多源信息的选择和获取，对遥感影响所采集到的光谱、植被以及纹理信息等数据进行整理并融合，再通过对岩土工程性质进行分类，最终对其分类的结果予以分析评价。

3. 利用遥感技术识别地质灾害

3.1 崩塌识别

崩塌信息的识别，需要先利用遥感技术对已知崩塌进行纹理特征分析，获取基本信息，再通过DEM将坡度大于标准值的区域进行提取，接着将基岩高反射率的区域利用高分辨率的影像提取出来，最后结合上述获得的信息最崩塌的范围进行圈定。弱植被图斑以及裸地的提取和筛选包括去除地形阴影等都是提取崩塌工作中的关键所在，通过集成计算图像提取出来的植被指数、第一主要成分的变换信息、土壤的亮度指数以及地形数据等数据，都是其裸地所需要提取的源数据。

3.2 滑坡识别

人机或是自动将滑坡可能发生的区域进行圈定，定量描述或是表达出滑坡的描述性特征。为了使滑坡的识别率得到提高、误判性得到降低，则通常利用多源数据的融合对滑坡进行识别。

3.3 断裂构造识别

在铁路工程中，影响其稳定的重要因素之一便是断裂构造。通过山体阴影与三维遥感图像进行半透明叠加，其断裂构造的信息可以得到突显，再对地形地质进行参考，加上通过亮度反转、变换彩色空间等等处理手段，从而获得的图像进行解释，则随断裂构造信息的提取非常有利。

3.4 潜在泥石流的识别

以泥石流的流域为评价的基本单元，其关联因子由泥石流的潜在构成因素组成。判别泥石流流域潜在隐患的方法，与划分地质灾害危险地带的方法类似，形成泥石流的潜在可能性大小的判定依据，是根据其风险程度的大小而决定的。其基础数据皆为定量数据，通过标准化、均匀化以及规格化的方式进行统一量纲，再将其带入评价模型。通过相关的叠加分析方法，生成出相对应的流域栅格图层，再通过对前人标准的重新量化，接着分别将其赋予权重进行运算，并将预测的结果计算出来。

4. 建立工程地质条件的评价模型

铁路工程的地质条件拥有着多层次、多因素和不确定性强等特征，对评价的决策变量、目标和作用需要进行深入地分析，对主要的相关因子进行确定，对每一分类等级中的每一个因子的级别值进行相应的规定，并将其各项因素的评价指标数值计算出来，再将其最优指标的数值利用GIS的分析方法进行计算，并将评价分级图编制出来。在选取评价因子的时候，严格对工程的特性和质地进行结合，并且将对工程的稳定性影响最大的因子组合找出来，以之为评价的综合指标。通过对AreGIS数据图层进行叠加操作，并且将对应的准则图层与其权重进行相乘，最后对加权之后的图层进行操作和叠加，从而得出铁路工程地质条件的综合评价图。