基于遙感技術的工程地質條件調查

支瑞榮+劉德衛

摘 要：衛星遙感技術應用在工程地質條件調查中，具有常規方法無可比擬的優勢。應用遙感技術對工程地質調查，采用解譯衛星遙感圖像與野外 GPS 定位實地驗證相結合的方法，能快速準確查明構造、巖性及巖石風化特征，為基礎設施建設、國防安全等評價提供基礎數據支撐和科學依據。

關鍵詞：遙感；工程地質條件；調查

中圖分類號：TD12 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0085-02

引言

我國地域遼闊，傳統調查手段難以滿足國土開發及國防建設對基礎調查成果的要求，為了彌補邊境地區，特別是交通條件不足，條件相對惡劣的地區地質資料的不足。為了更進一步地了解沿線區域性工程地質特征，比如土石類型以及各種地質現象的分布規律，尤其是地質構造的變化規律，并為下一步開展大比例尺工程地質測繪起到參考和指導作用，衛星遙感技術無疑成為最佳選擇[1-5]。

1 研究區概況

工作區地處中、朝、俄三國交界，有著獨特的區位優勢，是國際客貨海陸聯運的最佳結合點。位于琿春市東南部與俄羅斯接壤屬山地丘陵區，地形起伏較大。山地面積約占83%，最高峰雪黛山，海拔1077米。地質條件復雜，地層出露不多，植被覆蓋度高。基礎地質及工程地質條件勘察成為本地區開發建設的基礎。同時也是應國防建設的需要，借助遙感手段對本地區地質基礎進行調查，為經濟建設及國防建設提供基礎數據支撐。

2 遙感數據的選擇與處理

在研究中選用國產衛星數據作為基本數據源，主要選用資源一號02C星，資源三號衛星數據作補充。02C星具有兩個顯著特點：一是配置的10米分辨率P/MS多光譜相機是我國民用遙感衛星中最高分辨率的多光譜相機；二是配置的兩臺2.36米分辨率HR相機。

數學基礎：1980西安平面坐標系；1985國家高程基準；高斯-克呂格投影。

1：1萬成果圖采用3°分帶；1：5萬成果圖采用6°分帶。

增強處理。采用融合、直方圖拉伸、直方圖均衡化等方法增強目標地物反差和影像紋理細節，增強影像色彩、突出不同地類間的光譜差異。為便于從視覺上識別影像內容，將校正配準后的影像，通過對比度擴展和空間域濾波進行影像增強處理，使影像匹配人眼的亮度值觀察特性，改善影像的視覺效果，增強影像可判譯性影像融合與合成。為提升工程地質解譯的效果，將影像進行代數運算和變換處理，形成的多波段組合，再將不同波段的影像或不同分辨率的影像融合在一起，形成能擴展地物波譜差異性和動態顯示范圍的彩色影像，以增強隱伏斷裂帶#地下水充水帶等特殊地質信息，并有效削弱山區地形陰影的影響。

在遙感影像處理過程中，通常采用的融合方法有IHS變換和PANSHARP融合方法，在解譯過程中對數據進行ERSI拉伸增強，能取得最佳目視解譯效果。

針對02C遙感數據的融合，真彩色合成：采用波段合成的方法：

R：Red

G：（Gree+Red+Nir）/3，band math表達式：byte（（fix（b1）+b2+b3）/3）

B：Gree

使用/Raster Management/Layer Stacking按照上述順序組合一個三個波段數據，得到真彩色合成結果。

3 地貌特征遙感解譯

通過對遙感影像的圖形特征、水系特征，影紋和色調的識別，獲得了有關地貌形態展布規律、空間分布特征及其與地質體有關的信息。根據1：5萬比例尺地形圖，可以觀測區域地貌的宏觀特征和展布規律，而通過圖像處理技術進行特定時相、波段組合得到的一系列彩色合成圖像，則更可以顯示有關各期古河道、沖洪積物分布等地貌形跡和成因等重要信息。

4 遙感地質解譯

基于GIS軟件作為遙感解譯的工作平臺，利用建立的多源影像數據，針對各項專題因子，根據不同的影像單元的色調、陰影、圖案與紋理上的特征，建立遙感解譯標志。運用目視解譯、人機交互解譯、信息自動提取等方法提取河流、湖泊、濕地、土地覆被、第四系地質、塌岸、河道變化、生態環境等各類專題信息因子，調查區斷裂構造發育，共解譯出77條大小不等的斷裂，以北東東向和北東向斷裂為主，其次為北西西向斷裂構造。按斷裂規模可分為深大斷裂、區域性斷裂、一般性斷裂，其中深大斷裂不僅控制了構造單元的邊界，也控制了該構造單元內地層的沉積，而且還控制了次級斷裂分布；區域性斷裂控制或錯斷了區內的地層；一般性斷裂主要為深大斷裂和區域性斷裂構造的次級斷裂或局部斷裂，展布在區域性斷裂旁側。

地層是應用景觀生態色調特征，巖石地貌單元及結構水體色調差異及識別標志，地理空間要素，水系網樣式及密度分析標志等影像信息來圈定；地層時代需對比區域地質資料分析確定巖性判別是先圈出工程區的第四系松散沉積物，然后劃分出三大巖類的界線，分析其相變及接觸關系；最后是進行局部地段工程巖性的詳細劃分，將地層在區域地層時代組的基礎上進一步細分至工程地質的巖性段。本地區地層情況如表1所示。

5 對土體的信息歸類方法

5.1 基巖區風化殼土體類型

基巖風化殼分類主要是根據其物質組成、土體中所含碎石含量及粒徑決定。

基巖區的遙感解譯主要是在解譯了巖性基礎之上，結合新構造解譯成果，推斷基巖區巖石的風化程度，綜合考慮地形地貌、植被覆蓋等因素。不同巖性有著不同的抗風化程度，不同的構造運動會對基巖產生不同的破壞，斷裂的發育直接影響巖石完整程度和節理發育程度。

5.2 第四系松散堆積物類型

根據成因類型分兩大類：第四系松散堆積層和基巖風化殼。

土體類型的劃分主要是根據成因類型及其粒度成分性質和主要工程地質特征進行一級劃分，然后根據其垂向結構特征進行二級劃分，從而確定土體工程地質類型。

殘坡積：主要分布于丘陵溝谷坡腳，一般都是砂質粘土，粉土夾碎石。主要成因是基巖風化殼經過外力搬運作用形成。

沖洪積：主要分布于河床，河漫灘及階地上，一般為砂土，砂礫卵石土。

崩坡積：主要分布于斜坡邊緣、高陡斜坡的坡腳處，碎塊石成分與地層巖性密切相關，一般為粘土夾碎石、塊石。此類巖組顆粒差異較大，大多是土石滑坡或風化殼崩塌所形成。

根據不同的成因類型基本上就可以確定土體類型，再結合土體物質結構確定土體類型級別，土體所含石塊、碎石含量越高，土體硬度級別越高；土體所含石塊、碎石粒徑越大，土體硬度級別越高。

6 結果驗證

根據構造、地層及巖性的遙感解譯成果，結合地形地貌特征及土地覆被情況，整個調查區按照上覆土硬度等級劃分為四類共七級，分別為硬土一、二級，普通土一、二級，軟土一、二級和特殊土。根據后期成果應用單位的實地驗證及測試，巖性及上覆土硬度的遙感解譯準確率達到91%，風化層厚度準確率達到79%。驗證均以地質單元為單位進行，每個地質單元布點3-5個，每個點所測參數及平均值均參與比較。

調查研究取得成果具體，可應用程度高，技術方法優勢明顯，具體表現在以下幾點：

（1）沿界江界河地區交通不便、植被覆蓋度高。地貌、地質單元復雜多變，調查采用衛星遙感技術解譯為主，實地調查為補充的方法，了解沿線區域性工程地質特征，比如土石類型以及各種地質現象的分布規律，尤其是地質構造的變化規律，并為進一步開展條帶狀大比例尺工程地質測繪奠定了基礎。（2）將衛星遙感的各種圖像資料綜合處理，進行從宏觀到局部地段的綜合解譯，結合現有資料和野外實地查證，能更全面地了解區內的工程地質條件。為國防建設科研單位及時提供了基礎數據支撐。（3）研究成果表明，將遙感地質解譯系統地應用于工程地質條件解譯和分區評價，解決了現有地質資料研究程度的不足，是一種經濟、快速、高效的先進方法。

7 結束語

（1）根據地層巖性及構造特征遙感解譯，基本可以查清研究區的巖土體分布及不良地質體特征，摸清調查區基巖風化層厚度、上覆土硬度等級及圍巖條件。滿足1：10萬工程地質條件調查要求。

（2）通過遙感影像能清晰地解譯研究區內的斷裂構造，對于斷裂破碎帶、微地貌均能清晰解譯出來。為工程地質條件評價以及進一步的工程地質勘察提供了充分的科學依據。從研究的地質成果來看， 該方法完全可以滿足初級階段工程地質條件摸底調查。

此方法主要是針對地面調查難以到達的區域開展大比例尺工程地質條件調查，在現階段仍需要不斷補充完善影響因子，進一步細化工程巖土體分級體系和風化程度的量化方法，針對不同地區不同遙感數據源我們將做進一步的研究，以期形成一套完備的遙感技術調查工程地質條件方法體系。

參考文獻：

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[2]卓寶熙.工程地質遙感判釋與應用[M].中國鐵道出版社，2002.

[3]楊樹文，馮光勝，劉濤，等.工程地質地學要素遙感自動解譯應用系統[J].中國科技成果，2014：59-60.

[4]鄂宇.復雜地形區遙感工程地質解析方法探討[J].低碳世界，2014（8X）：146-147.

[5]彭金田，王生鋒.工程地質遙感技術的應用[J].中國科技博覽，2013（21）：287.