三维遥感铁路选线技术的探究

马 长 清

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002)

0 引言

伴随着空间技术的快速发展，遥感技术的图像内容更加丰富、更加逼真，为铁路、公路的路线选线及后续工程建设的可行性研究也提供了更有保障的支持。并且遥感技术能够较真实的展示施工区域的三维场景，遥感图像视野广阔、图像逼真、内容丰富，可以做到远距离室内长时间连续判释。利用遥感技术对地形、地貌地质及水文等自然条件进行分析并集合实地的调查分析相结合，可以有效地从整体上提高选线的质量。

1 三维遥感技术的优势

随着科学技术的发展，与常规的遥感技术相比，三维遥感技术有了长足的进步，主要优势有以下几个方面：

1)三维遥感技术应用可以更详细的展现地理空间内的各种地物的细节特征，在传统的二维遥感技术应用中，由于受到复杂环境的干扰，地物的光谱容易发生变异，这种情况下如果再按照采集到的光谱特性进行解译，最后得到的结果往往就会出现偏差，但是利用三维遥感技术进行观测时，可以利用采集的多维数据进行互相比对，保证地物光谱的准确度，从而提高判释结果的可靠性[1]。

2)利用三维遥感技术可以更直观的展现并解译地物的形态，而常规的二维遥感技术应用于地物观测时，只能从顶视角度来进行作业，这就相对缺少了对地物高程维度的观测，这就不能准确的判译地势的高差与坡度、岩层的倾角以及断面情况等信息[2]。而三维遥感技术的应用可以使得对地物进行立体观测作业，能够更直观的展现并解译观测空间内的地物形态，采集到更完整的地物信息。

3)三维遥感技术的应用可以使得数据多尺度无缝处理，常规使用的二维遥感技术对多源头信息只能进行简单的叠加图层处理，三维遥感则可以将多源头数据进行精密解析一一对应到各自的空间位，比较流畅的进行大尺度宏观图像与小尺度微观图像的转换。

4)三维遥感技术可以对观测数据处理进行动态模拟，观测作业区域内的地物不是一成不变的，是一直在变化的，虽然二维遥感技术可以通过多个影响来展示这种地物变化，但是无法做到动态模拟，而三维遥感技术可以引入时间要素，可以对地物进行动态模拟，展示其变化的趋势。

2 基于三维场景铁路选线系统及关键技术分析

利用遥感技术与地形三维建模技术采集目标区域的高清图像和数字高程模型(即DEM)，然后综合运用数据建模技术与计算机模拟技术等建立选线系统的三维虚拟地理环境，用于铁路选线模拟[3]。这样可以直观的辅助施工单位进行新建铁路的线路平面设计、纵断面设计、排水设计、线路方案对比优化等模拟演示，为铁路建设提供更系统更科学合理的技术支持。基于三维空间场景的铁路选线流程见图1。

其中应用到的有以下几项技术：

1)三维空间场景的实现技术。

三维场景的实现需要运用到的技术有二维、三维一体化数据管理及模型分析技术；空间场景的动态调整与剪裁；网络带宽可适应变化运行；坐标系自适应转换；预设参数自动建模等等。遥感技术采集的影像色彩纹理要与高清数码照片进行匹配结合，提高地形模型精度[4]。将遥感影像与数字高程模型(DEM)进行了叠加处理，其中进行了噪点、反光、纹理映射等参数处理，较真实的再现了地面三维空间场景。

2)三维选线关键技术。

该技术包含在三维空间场景中进行线路选择的交互设计及火车站的位置选择、桥梁隧道的最佳通过位置及角度、坡度的选择设计、三维模型的生成、供电设施的位置选择等等。最后利用三维场景技术对线路方案进行综合评估，并进行建设投入估算。

3)海量数据的采集处理储存。

为了确保铁路选线技术的应用能够灵活简便，并且保障操作人员可以快速掌握，该系统集合了数据资料的快速储存查找与图像文件的导入导出等。

3 三维空间场景选线的实现

在进行铁路路线选择时，要以高精度的高程模型为参照基础，并进行高清遥感图像采集用于对选线区域进行三维场景可视化模拟，提高直观效果。在此基础上充分对研究区域的地形地貌、水文地质等自然条件进行分析，提高线路方案选择的科学性，确保要兼顾施工可靠与经济合理[5]。采用高清数码相机对研究区域进行高分辨率图像与精细DEM数据采集，建立铁路线路三维虚拟踏勘系统。利用快速处理数据信息的能力，将采集与输入的数据信息进行融合处理，结合计算机平面设计软件进行路线选择[6]。基于精准细致的三维空间场景，将各项数据参数进行处理后完成建模，然后对铁路线路、工点及车站点、候车点设置的合理性进行检查并优化，最终完成隧道、桥梁、边坡及路基等空间选型及设计(见图2)。

4 遥感技术的应用展望

伴随着我国经济技术的快速发展，各地铁路建设的推进速度也不断加快，特别是“一带一路”的推进与中西部铁路建设的不断开展，遥感技术正在铁路建设中发挥着越来越重要的作用。但是遥感技术需要融合多种技术，在应用中面临很多挑战，随着应用要求的不断提高，需要对遥感技术进行更深入的研究，提出了以下几点建议。

4.1 加强遥感判释技术的定量研究

随着遥感判释技术的不断发展，使得遥感判释技术由定性向定量转化不再遥不可及。要加强三维遥感判释技术观测技术和软件的开发，深入研究遥感技术在复杂观测区的信息提取采集及不良地质运动变化观测的应用。

4.2 开发现有铁路地质检测技术

据调查发现，我国现有铁路沿线附近的大型泥石流沟13 486条，中大型的滑坡有1 000多个，崩塌超过1 000处，严重塌陷有3 785处。西南部山区的线路，例如成昆铁路、襄渝铁路、宝成铁路、陇海铁路中的宝鸡至天水段均属于地质灾害多发路段。据相关部门统计，我国铁路受地质灾害造成的损失在2000年—2006年6年间就达到了上百亿，而且每年的损失都在递增。因此，加强对铁路地质灾害的调查研究与预防势在必行。遥感技术具有观测范围广，数据采集全面，不受地形及天气状况影响的特点，可以结合GIS分析技术，定期进行遥感作业，能够实现观测区域地质灾害的识别、预测。

4.3 加强卫星遥感数据的开发和应用

目前，遥感技术在铁路工程中应用的遥感技术基本都是国外的，对国产的应用信心严重不足。随着我国卫星遥感技术的不断进步，已经有多个系列的卫星，可以满足地质勘测的要求[7]。现在最紧迫的就是加强国产遥感卫星在勘察应用中的适应能力及综合处理能力，结合国内铁路项目建设进行示范应用，从而推动国产卫星遥感数据的广泛应用，对降低铁路勘察成本与遥感技术的发展有积极作用。

5 结语

铁路选线过程中三维遥感技术，利用高标准的影像与DEM资料，可以直观的展现研究区域的地形地貌，并进行动态选线模拟设计，可以为铁路建设方案提供更科学更合理的支持。同时遥感技术可以结合其他观测技术实现对建成铁路地质灾害多发区域进行监测，加强对地质运动变化分析，降低灾害带来的损失。三维遥感技术代表着未来勘测的发展方向，具有很好的发展前景。