三維遙感技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用研究

蔡澤偉

摘 要：近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程地質(zhì)勘察方面也涌現(xiàn)出了許多新技術(shù)，使得地質(zhì)勘察水平不斷提高，對(duì)工程建設(shè)安全起到重要保障作用。文章以三維遙感技術(shù)作為研究對(duì)象，對(duì)其在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：三維遙感技術(shù)；工程地質(zhì)勘察；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）12-0062-01

在工程地質(zhì)勘察中，遙感技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段，但是，常規(guī)的單一數(shù)據(jù)源和判釋方法所得的結(jié)果通常存在一定偏差，無法滿足精度要求越來越高的工程地質(zhì)勘察需求。近些年來，多元數(shù)據(jù)融合、三維遙感等技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)遙感技術(shù)的不足，本文就對(duì)三維遙感技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期為工程地質(zhì)勘察提供幫助。

1 三維遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較于常規(guī)的遙感技術(shù)，三維遙感技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為：

首先，可以顯示地物空間的細(xì)節(jié)特征，在常規(guī)二維遙感中，受復(fù)雜環(huán)境的影響，地物光譜容易發(fā)生同物異譜、同譜異物以及混合像元等問題，按照光譜特性解譯的結(jié)果并不可靠，但在三維遙感中，通過多維數(shù)據(jù)之間的對(duì)比，可以有效解決此問題，保證地物光譜的準(zhǔn)確性，從而提高勘察結(jié)果的可靠性。

其次，能夠直觀解譯、展示地物形態(tài)，在常規(guī)二維遙感中，解譯時(shí)由于缺乏高程信息，只能從頂視角度來進(jìn)行地質(zhì)對(duì)象的觀測(cè)，無法準(zhǔn)確判譯地形高差、巖層傾角、邊坡坡度以及斷面形態(tài)等信息；而三維遙感可以直觀的解譯出三維空間地物的形貌，對(duì)地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行立體的觀測(cè)，準(zhǔn)確的測(cè)定地物各方面信息。

第三，多尺度無縫數(shù)據(jù)處理，常規(guī)二維遙感對(duì)多來源數(shù)據(jù)的處理只是簡(jiǎn)單的疊加圖層，三維遙感則可以將多來源數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)到各自的空間點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)多尺度無縫數(shù)據(jù)處理，完成大尺度宏觀區(qū)域地質(zhì)與小尺度微觀地質(zhì)圖像間的相互平滑過渡。

第四，動(dòng)態(tài)模擬，工程地質(zhì)情況并不是靜止不變的，而是一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化發(fā)展過程中，且此種動(dòng)態(tài)變化具有不均衡性，雖然二維遙感可以通過不同時(shí)間段的影像來反映出這種地物變化，但是卻無法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬；在三維遙感技術(shù)中，引入了時(shí)間因素，可以對(duì)地物變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維模擬，并分析其發(fā)展變化趨勢(shì)。

2 工程地質(zhì)勘察三維遙感技術(shù)體系形成的步驟

2.1 準(zhǔn)備基本資料

在工程地質(zhì)勘察之前，先收集工程項(xiàng)目的具體資料，包括項(xiàng)目線路設(shè)計(jì)圖、專題圖、地形和地質(zhì)圖以及其它相關(guān)的影像、文字、圖表等資料，并對(duì)資料進(jìn)行整理、歸納，根據(jù)比例、內(nèi)容的差異，分門歸類整理，為下一步工作奠定良好基礎(chǔ)，避免基本資料不全造成解譯偏差。

2.2 做好數(shù)據(jù)處理

根據(jù)收集的基本資料，需要對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，作為遙感建模等操作的重要依據(jù)，一般來說，數(shù)據(jù)的處理過程為：先掃描收集的各種圖紙，得到矢量化數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行屬性賦值；然后轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)的格式，使其統(tǒng)一為符合建模軟件的數(shù)據(jù)格式，并進(jìn)行投影變換、拓?fù)潢P(guān)系等處理；最后，對(duì)遙感影像進(jìn)行處理，主要包括組合波段、投影校正、圖像融合、鑲嵌以及構(gòu)建三維可視化模型等。

2.3 遙感解譯標(biāo)志庫(kù)

解譯標(biāo)志庫(kù)是三維遙感的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其依據(jù)的原理是在遙感圖像中，巖土體或者工程地質(zhì)現(xiàn)象不同時(shí)，其所具有的波譜、時(shí)空特征也是有所差異的，根據(jù)各自的波譜、時(shí)空特征，就能夠解譯出工程地質(zhì)、巖土體的具體情況。在解譯標(biāo)志庫(kù)中，通常只選取典型的地物解譯信息，根據(jù)其特有的波譜解譯原則進(jìn)行解譯，得到精確、可靠的解譯信息。

2.4 提取遙感信息

在遙感地質(zhì)解譯信息基礎(chǔ)上，結(jié)合三維可視化模型，通過一些野外實(shí)地調(diào)查炎癥，來提取出工程區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境背景、不良地質(zhì)災(zāi)害體等各方面信息，補(bǔ)充、完善并更新此區(qū)域的地質(zhì)資料，提高工程地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確性、全面性。

2.5 數(shù)據(jù)集成入庫(kù)

通過上述各個(gè)步驟，可以得到海量的、多源的工程地質(zhì)信息，分別利用相應(yīng)的軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、切塊，將其輸入到三維遙感工程地質(zhì)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成入庫(kù)，常用的軟件包括ArcCIS、Global Mapper等。

2.6 表達(dá)遙感成果

在數(shù)據(jù)入庫(kù)后，多源信息的輸出應(yīng)當(dāng)采取組合疊加輸出的方式，同步輸出地形、地質(zhì)以及正射影像等要素，得到立體、形象、全面的影像圖，為工程野外調(diào)查等提供準(zhǔn)確依據(jù)；同時(shí)，也可以將地質(zhì)、線路三維動(dòng)畫疊加在一起，為選線、工作匯報(bào)提供直觀、形象的素材。

2.7 地質(zhì)綜合勘探

根據(jù)三維遙感技術(shù)所得的勘察結(jié)果，可以得工程區(qū)域內(nèi)地質(zhì)的具體情況，包括地形、地貌、不良地質(zhì)條件、交通條件等等，按照這些信息，可以選定合適的地質(zhì)勘探點(diǎn)、線和面，并據(jù)此來優(yōu)化組合鉆探、物探和物探等勘探方法，為綜合勘探的點(diǎn)、線、面布置提供可靠依據(jù)。

2.8 技術(shù)歸納總結(jié)

在實(shí)地勘察后，根據(jù)物探資料、施工階段地質(zhì)資料以及工程勘察資料等，綜合分析后，與遙感解譯成果進(jìn)行對(duì)比，尋找其中存在的漏判、錯(cuò)誤等情況，歸納總結(jié)正確的解譯方法，最終形成實(shí)用的三維遙感工程地質(zhì)勘察技術(shù)體系。

3 三維遙感技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)與對(duì)策

在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用三維遙感技術(shù)體系時(shí)，會(huì)受到許多方面的影響，包括地理環(huán)境、工遙感數(shù)據(jù)、工程地質(zhì)勘察精度等，本文就對(duì)這些難點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策，為三維遙感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供幫助。

3.1 數(shù)據(jù)處理量大，管理困難

在工程地質(zhì)勘察中，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分繁雜，數(shù)據(jù)格式類型較多，數(shù)據(jù)信息量較大，在比例尺、坐標(biāo)系等方面存在很大差異；加上數(shù)據(jù)本身涉及的范圍較多，包括線路、地形、氣象、水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、地震烈度以及生態(tài)環(huán)境等等。各種資料之間的巨大差異，在空間上存在極大跨度，會(huì)給數(shù)據(jù)處理帶來較大的困難，導(dǎo)致許多數(shù)據(jù)得不到有效利用，給工程地質(zhì)勘察準(zhǔn)確性造成一定不良影響。

對(duì)此，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，對(duì)于柵格圖格式的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行掃描，將所有的數(shù)據(jù)坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為WGS84格式，得到此格式下的坐標(biāo)投影；對(duì)于矢量圖格式的數(shù)據(jù)，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性分類，分別歸納到點(diǎn)、線、面屬性中，建立屬性關(guān)系表；對(duì)于描述性格式的數(shù)據(jù)，要通過統(tǒng)計(jì)、分析后，輸入到MDB數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2 工程地質(zhì)建模難度較大

三維遙感地質(zhì)模型是一種展現(xiàn)真實(shí)地形、地物的模型，其工作基礎(chǔ)是遙感解譯，但是，由于地形、地物本身的復(fù)雜性，三維遙感所得到的空間信息、紋理信息等特征十分復(fù)雜，會(huì)給遙感解譯帶來較大的干擾，可能會(huì)出現(xiàn)遙感不正確的情況，整個(gè)工程建模都可能受到影響，建模工作難度相對(duì)較大。

對(duì)此，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)Goole earth全球影像、地形數(shù)據(jù)的利用，結(jié)合工程實(shí)際情況，借鑒同類工程地質(zhì)三維遙感建模的成功經(jīng)驗(yàn)，來解決建模過程中出現(xiàn)的問題，提高建模的可靠度。

3.3 遙感地質(zhì)三維模型精度

在工程地質(zhì)勘察中，有許多地形地貌是會(huì)對(duì)三維模型精度產(chǎn)生影響的，比如大面積植被覆蓋、巖石不均勻風(fēng)化、完整基巖較少等，會(huì)增加斷層、色彩、巖層紋理以及圖案特征等的復(fù)雜性、多解性。

對(duì)此，在三維遙感技術(shù)中，需要利用多尺度、多源、多種類型的遙感平臺(tái)，來得到多尺度的遙感數(shù)據(jù)，通過對(duì)地質(zhì)特征的綜合分析，來制定精確的解譯規(guī)則，建立可靠的地質(zhì)解譯標(biāo)志庫(kù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)勘察是現(xiàn)代工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)工程具體施工起著重要指導(dǎo)作用，直接關(guān)系到工程施工的質(zhì)量、安全。三維遙感技術(shù)是一種先進(jìn)的地質(zhì)勘察技術(shù)，具有許多方面的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)三維遙感技術(shù)的研究，掌握其技術(shù)要點(diǎn)、難點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)措施，提高三維遙感技術(shù)應(yīng)用水平，對(duì)地質(zhì)工程勘察質(zhì)量提高有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高山.三維遙感鐵路工程地質(zhì)勘察系統(tǒng)研究[J].鐵道勘察，2015，（4）.