公路沿線不良地質現象勘測技術研究

陳忠杰 馮 波

(1.陜煤集團神南產業發展公司地質測量中心，陜西榆林 719300; 2.長安大學公路學院，陜西西安 710064)

隨著汽車保有量的日益增長，在保證道路功能發揮的同時，對區域公路的穩定性要求越來越高。其中影響公路穩定性最顯著的因素就是不良地質現象。無論是繞避還是因沒有展線空間而必須通過不良地質區域，都要求我們在制定公路線位方案前熟悉路線區域不良地質的分布范圍及災害程度。

同時，傳統的不良地質勘測手段，不僅工作量大，周期長，環境艱苦，而且所獲取的資料有限。相比之下，RS技術和機載Li-DAR技術不僅勘測效率及質量高，而且詳細的勘測資料也為后期路線方案調整提供依據，避免盲目地進行路線方案調整。

總之，對不良地質勘測技術的研究能夠有效地指導路線方案的制定及調整，同時也為公路建設及后期運營提供了保障。

1 不良地質現象概述

這里講的不良地質現象指的是，對公路建設不利的或有不良影響的動力地質現象。主要包括滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、沙丘、沼澤、鹽漬土、河岸沖刷、沖溝等。這些地質現象不僅影響道路穩定性，也對地基基礎、邊坡工程等具體工程的安全和正常使用帶來不利影響。總之，對公路工程建設極具危害性。

2 不良地質現象勘測技術

目前應用于不良地質現象勘測的新技術主要有兩大類:一類是航片或衛星照片為核心的RS技術;另一類是激光雷達掃描系統為核心的機載LiDAR技術。盡管兩種新技術都以圖片影像信息為基礎，但在獲取不良地質信息作業流程及期間數據處理設計上卻差異明顯，且都有各自優勢。

1)RS技術。RS技術是利用衛星圖片或航片上包含的詳細信息，借助計算機自動處理、自動識別，從而獲得的公路沿線相關地質、水文等資料。由于獲取的信息齊全、直觀，因此對于地形、地貌等信息的反映也最為直接[1]。在利用RS技術進行公路勘測過程中，其最主要的作用就是能夠提供公路沿線的不良地質路段的地質資料。綜合這些不良地質信息，為路線最佳方案的選取提供了依據和保障。RS技術提取不良地質信息的工作流程如下:首先通過航空攝影或衛星云圖得到原始影像資料，而原始資料不能直接被用戶利用，需通過專業軟件(如:ERDAS軟件)預處理以消除各種誤差影響及薄云、霧對影像信息的干擾，使得圖像中地物更加清晰可見;然后通過光譜圖像中災害點與非災害點光譜值的差異，建立不良地質災害提取模型，并借助相關軟件自動提取;接著需對提取的不良地質災害信息進行矢量化，使其與線狀道路信息疊加分析;最終通過ARCGIS平臺，得到公路沿線不良地質災害相關信息。其流程圖[2]如圖1所示。

2)機載LiDAR技術。機載LiDAR技術是將激光掃描技術與POS技術集成，可直接、快速地獲取地面三維數字信息，具有周期短、勞動強度低、測量精度高等優點[3]。因此在公路勘測中利用激光數據能夠達到節約人力、物力，縮短工期的效果。利用機載LiDAR技術能夠生產標準化的“4D”產品[4]，即DEM(數字高程模型)、DOM(數字正射影像地圖)、DRG(數字柵格地圖)和DLG(數字線劃地圖)。其中DRG和DLG成果能夠清晰準確地確定公路沿線不良地質災害信息，從而指導前期公路線位選擇及后期公路不良地質災害預防措施設計。運用機載LiDAR技術進行公路不良地質勘測作業流程如下:首先是前期準備，包括測區相關資料收集(測區地形、GPS控制點坐標等)、飛行設計(空域申請、航線選擇、飛行參數、時間等)、測試運行(安裝機載設備、GPS基站踏勘及聯測、飛行測試等);然后是野外飛行作業，包括航飛數據采集和GPS基站數據獲取兩部分。完成后應及時對獲得的各類數據的完整性進行檢查，如有遺漏，應及時補測。最后是數據處理，即將原始測量數據轉化為用戶所需的數字化產品，也是機載Li-DAR技術重要環節。

其流程圖[4]如圖2所示。

3)RS技術與機載LiDAR技術應用比較。a.RS技術應用特點。RS技術比較適用的數據源是空間分辨率在2 m～10 m、具有多光譜的遙感數據，在進行大規模山區不良地質勘測時效果顯著;b.RS數據的采集對區域環境氣候條件具有一定的依賴性，如光學遙感數據適用于區域上空基本無云層覆蓋;微波遙感可以穿透云層獲取地面信息;c.RS技術應用過程中既需要有宏觀的陸地衛星圖像，也要求有精度較高的航空遙感圖像，只有兩者同時存在，才能取得較好的效果;d.RS技術影像信息的提取需要借助基于譜間關系的信息提取模型。在精確監測不良地質災害時，也需要完整的公路基礎數據庫相配合。

4)機載LiDAR技術應用特點。a.機載LiDAR技術基本不受日照、植被、陡峭地形、天氣條件等因素的影響，憑借其高精度航空攝影技術可以直接獲取地物三維信息;b.機載LiDAR技術無需或只需少量的地面控制點，而且對測量對象可分離處理(如可分離地形、建筑物、植被等)，但點云數據分類篩選卻是非常關鍵且復雜的過程;c.機載LiDAR技術要求勘測目標必須可見，不能穿透極其茂密的樹群到達地面，因此不能完全替代航空攝影測量。當然，無論采用何種技術對公路不良地質現象進行勘測，要掌握不良地質災害的分布、規模、形態應通過多期圖像的動態對比，這樣才能對其發展趨勢和對路線工程的危害程度作出定性和定量的評判，提出建議性改善措施。

3 結語

不良地質現象對公路正常使用的影響是深遠的，因此對公路范圍內的不良地質災害應做到早發現、早預防。新型勘測技術的運用使得在繞避及防治的準備期提前，同時在今后不良地質勘測新技術運用過程中，應注重多項技術的綜合使用，使整個過程更實用、更高效。

[1] 王生才.高等級公路勘測技術研究[D].吉林:吉林大學，2007:35-39.

[2] 張 勇，高克昌.基于遙感和GIS的公路水毀監測和評估技術框架[J].交通運輸工程學報，2010(3):33-34.

[3] 吳 迪，劉曉東，張 熙.利用機載激光技術進行公路勘測過程研究[J].公路交通科技(應用技術版)，2011(10):152-153.

[4] 盧勤秀.機載LiDAR技術在高速公路勘測中的應用[J].紅水河，2011(6):154-155.