論遙感技術在鐵路工程地質勘查中的應用

劉芝勇

（中鐵二院地勘巖土勘察設計研究院，四川 成都 610000）

論遙感技術在鐵路工程地質勘查中的應用

劉芝勇

（中鐵二院地勘巖土勘察設計研究院，四川 成都 610000）

現階段，在中國鐵路工程的地質勘查項目中，遙感技術已經成為其一種重要的勘查手段。然而僅僅通過傳統的判釋方法和單一的數據源，并不容易達到其地質勘查的較好效果，地質勘查的不同階段的不同需求也很難得到滿足。為了使鐵路工程的地質勘查的工作質量和工作效率得到提高，為了提供新的技術方案，筆者在本文中，結合自身的工作經驗，對遙感勘查在鐵路工程中的應用現狀、鐵路工程中遙感技術的技術體系以及遙感在鐵路工程地質勘查中的關鍵技術等方面做出了詳細地闡述。

遙感技術；鐵路工程；地質勘查

目前，我國鐵路工程項目中，在前期的設計研究方案很容易受到環境因素的干擾，隨著環境因素的變化，其設計方案也必須隨之進行變更，為了可以在數據缺乏的條件下和規定的限期內將鐵路工程地質勘查工作完成，這便需要將遙感技術更好地運用到鐵路工程地質勘查中來。但是由于現階段我國鐵路工程地質勘查中遙感技術的應用得還不夠完善，也沒有階段性突破，而且在實際應用中還存在著較多的問題。所以，針對鐵路工程地質勘查中遙感技術的應用的研究，對我國鐵路工程的建設具有極其深遠的意義。

一、遙感勘查在鐵路工程中的應用現狀

筆者結合現階段已經完成的鐵路工程地質勘查項目與自身的工作經驗，對遙感技術在鐵路工程地質勘查中的應用現狀，做出以下幾點總結。

1. 首先，解釋基礎數據由比例尺不同的航衛圖片組成，專家進行手工標注和判釋工作的時候通常是通過相關軟件工具或是立體鏡來完成的，如此一來，便會造成人工勞動的強度較大，并且其工作效率也會受到負面影響。

2. 目前，還不能完全實現對單個地質體進行定量分析與巖性的定量識別，并且解釋基本為定性的描述，且其局限性比較大，詳細程度受到約束。在勘察的后續階段的棄渣場選址、勘探孔布置以及供電測繪等工作便難以拓展。

3. 遙感勘查的手段相對比較單一，對高陡坡激光雷達成像的定量化與高精度和地表形變監測等遙感技術的利用較少。

4. 對于綜合利用基礎數據的效率不高，受到主管思維模式的禁錮，從而對與鐵路工程的地質條件產生定性地評價和分析，從而導致缺少同時擁有信息提取、數據集成以及定量評價等行之有效的信息系統。

二、鐵路工程中遙感技術的技術體系

1. 技術體系目標

在地質環境中的多解性與復雜性等客觀條件的制約下，地質調查在整個鐵路工程中長期處于一種投入高但產出較低、外業勞動的強度較大以及難以保證質量的現實狀況，進而便很難跟上其他的專業信息化技術的腳步，而改變目前這一被動現狀的突破點在于對遙感地質勘查技術的有效利用。在鐵路工程地質勘查方面3S等信息技術的發展，且其帶來了多視角、全方位、深層次的信息化工具，從而對人工調查視野和對地理環境的逼真模擬等都起到了積極的作用，其在鐵路工程的地質勘查中也是提供了不同精度和尺度的地質的空間位置、幾何形狀與目標屬性等有效信息。對遙感解釋的關鍵技術的深入研究與詳細作業程序的制定工作都是極其有必要的，對不同的工程類型、勘察階段與地質環境等條件都可以滿足鐵路勘查工作的需要，從而將信息化、標準化和系統化的鐵路遙感勘察體系建立起來。最后將地質調繪工作做得更加精細，綜合地質勘查的效率和質量也可以有所提高，對外業工作的勞動程度也可以有所減少，從而實現對勞動力的解放。

2. 研究方法

對鐵路線路的選線設計、地質勘查以及地質解釋等等傳統的業務需求進行充分地考慮，并且在這個基礎上，將地球空間信息技術的先進研究作為核心指導，實現在鐵路勘查中GPS技術、GIS技術與遙感技術等方面的專業優勢的充分發揮。資料收集、生產試驗、項目應用、技術調研、標準制定等為其主要的研究方法，將具有高層次技術平臺建設起來，其中將三維地理建模、遙感信息解譯、綜合勘察資料以及工程地質調查等功能結合到一起，從而使互通、共享專業資料的目的得到實現，進而鐵路地質勘查技術的工作程序與勘查技術也就得以形成，對傳統的鐵路地質勘查的方式也做出了改進工作。

三、遙感在鐵路工程地質勘查中的關鍵技術

1. 利用遙感技術建立工程地質知識庫

為了使遙感圖像更適合于專家系統的解釋，將工程地質遙感的數據庫建立起來。搭建這個數據庫的目的在于，整理和合并專家解釋的分析數據和實際經驗等信息，從而確保數據在自動解釋中的調用與供給。對有著巖石巖性、水系結構、斷層構造等等地質圖像的特征與標志關系進行具體研究，再將紋理知識、GIS知識以及空間幾何特征的系統分析進行引入，將相關的地學信息的關系圖譜建立起來，并且提煉出相關的通用的符號語言和圖解方法等等，再將GIS數據模型進行應用，從而建立起工程地質知識庫。

2. 提取工程地質中的巖性信息

在氣候惡劣、植被稀缺和交通極其不便的北方山區，其開展地面調查工作的難度較大，通過高光譜數據對巖石進行識別，其技術對巖石巖性的研究和診斷非常有利。除此之外，巖石的化學、礦物成分以及結構構造等屋里特征都可以通過光譜的吸收特征得到反映。另一方面，在巖石強烈風化和高植被覆蓋的南方山區，巖性信息極其微弱，給高光譜對其的定量識別工作帶來了很大難度，僅僅通過多光譜遙感去實現其巖土性質的分類工作的難度也相對較大。如此一來，關鍵問題變成了對多源信息的選擇和獲取，對遙感影響所采集到的光譜、植被以及紋理信息等數據進行整理并融合，再通過對巖土工程性質進行分類，最終對其分類的結果予以分析評價。

3. 利用遙感技術識別地質災害

3.1 崩塌識別

崩塌信息的識別，需要先利用遙感技術對已知崩塌進行紋理特征分析，獲取基本信息，再通過DEM將坡度大于標準值的區域進行提取，接著將基巖高反射率的區域利用高分辨率的影像提取出來，最后結合上述獲得的信息最崩塌的范圍進行圈定。弱植被圖斑以及裸地的提取和篩選包括去除地形陰影等都是提取崩塌工作中的關鍵所在，通過集成計算圖像提取出來的植被指數、第一主要成分的變換信息、土壤的亮度指數以及地形數據等數據，都是其裸地所需要提取的源數據。

3.2 滑坡識別

人機或是自動將滑坡可能發生的區域進行圈定，定量描述或是表達出滑坡的描述性特征。為了使滑坡的識別率得到提高、誤判性得到降低，則通常利用多源數據的融合對滑坡進行識別。

3.3 斷裂構造識別

在鐵路工程中，影響其穩定的重要因素之一便是斷裂構造。通過山體陰影與三維遙感圖像進行半透明疊加，其斷裂構造的信息可以得到突顯，再對地形地質進行參考，加上通過亮度反轉、變換彩色空間等等處理手段，從而獲得的圖像進行解釋，則隨斷裂構造信息的提取非常有利。

3.4 潛在泥石流的識別

以泥石流的流域為評價的基本單元，其關聯因子由泥石流的潛在構成因素組成。判別泥石流流域潛在隱患的方法，與劃分地質災害危險地帶的方法類似，形成泥石流的潛在可能性大小的判定依據，是根據其風險程度的大小而決定的。其基礎數據皆為定量數據，通過標準化、均勻化以及規格化的方式進行統一量綱，再將其帶入評價模型。通過相關的疊加分析方法，生成出相對應的流域柵格圖層，再通過對前人標準的重新量化，接著分別將其賦予權重進行運算，并將預測的結果計算出來。

4. 建立工程地質條件的評價模型

鐵路工程的地質條件擁有著多層次、多因素和不確定性強等特征，對評價的決策變量、目標和作用需要進行深入地分析，對主要的相關因子進行確定，對每一分類等級中的每一個因子的級別值進行相應的規定，并將其各項因素的評價指標數值計算出來，再將其最優指標的數值利用GIS的分析方法進行計算，并將評價分級圖編制出來。在選取評價因子的時候，嚴格對工程的特性和質地進行結合，并且將對工程的穩定性影響最大的因子組合找出來，以之為評價的綜合指標。通過對AreGIS數據圖層進行疊加操作，并且將對應的準則圖層與其權重進行相乘，最后對加權之后的圖層進行操作和疊加，從而得出鐵路工程地質條件的綜合評價圖。

結論

綜上所述，筆者結合自身的工作經驗，對遙感技術在鐵路工程地質勘查中的應用現狀、技術體系以及鐵路工程遙感地質勘察系統的關鍵技術等方面做出了詳細地闡述，并且希望本文可以在遙感技術在鐵路工程地質勘查中的應用方面有著些許的參考意義。

［1］高山，馮光勝.三維遙感鐵路工程地質勘察技術應用研究［J］.鐵道勘察，2009（1）：36-39.

［2］卓寶熙，甄春相.遙感技術在鐵路工程地質勘察中的應用［J］.鐵道工程學報，2005（S1）：398-406.

［2］高山.鐵路遙感地質勘察技術體系研究［J］.鐵道工程學報，2014（4）：6-10.

［3］袁桂琴，熊盛青，孟慶敏，周錫華，林品榮，王書民，高文利，徐明才，史大年，李秋生.地球物理勘查技術與應用研究［J］.地質學報，2011（11）：1744-1805.

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