三維遙感鐵路選線技術的探究

馬 長 清

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

伴隨著空間技術的快速發展，遙感技術的圖像內容更加豐富、更加逼真，為鐵路、公路的路線選線及后續工程建設的可行性研究也提供了更有保障的支持。并且遙感技術能夠較真實的展示施工區域的三維場景，遙感圖像視野廣闊、圖像逼真、內容豐富，可以做到遠距離室內長時間連續判釋。利用遙感技術對地形、地貌地質及水文等自然條件進行分析并集合實地的調查分析相結合，可以有效地從整體上提高選線的質量。

1 三維遙感技術的優勢

隨著科學技術的發展，與常規的遙感技術相比，三維遙感技術有了長足的進步，主要優勢有以下幾個方面：

1)三維遙感技術應用可以更詳細的展現地理空間內的各種地物的細節特征，在傳統的二維遙感技術應用中，由于受到復雜環境的干擾，地物的光譜容易發生變異，這種情況下如果再按照采集到的光譜特性進行解譯，最后得到的結果往往就會出現偏差，但是利用三維遙感技術進行觀測時，可以利用采集的多維數據進行互相比對，保證地物光譜的準確度，從而提高判釋結果的可靠性[1]。

2)利用三維遙感技術可以更直觀的展現并解譯地物的形態，而常規的二維遙感技術應用于地物觀測時，只能從頂視角度來進行作業，這就相對缺少了對地物高程維度的觀測，這就不能準確的判譯地勢的高差與坡度、巖層的傾角以及斷面情況等信息[2]。而三維遙感技術的應用可以使得對地物進行立體觀測作業，能夠更直觀的展現并解譯觀測空間內的地物形態，采集到更完整的地物信息。

3)三維遙感技術的應用可以使得數據多尺度無縫處理，常規使用的二維遙感技術對多源頭信息只能進行簡單的疊加圖層處理，三維遙感則可以將多源頭數據進行精密解析一一對應到各自的空間位，比較流暢的進行大尺度宏觀圖像與小尺度微觀圖像的轉換。

4)三維遙感技術可以對觀測數據處理進行動態模擬，觀測作業區域內的地物不是一成不變的，是一直在變化的，雖然二維遙感技術可以通過多個影響來展示這種地物變化，但是無法做到動態模擬，而三維遙感技術可以引入時間要素，可以對地物進行動態模擬，展示其變化的趨勢。

2 基于三維場景鐵路選線系統及關鍵技術分析

利用遙感技術與地形三維建模技術采集目標區域的高清圖像和數字高程模型(即DEM)，然后綜合運用數據建模技術與計算機模擬技術等建立選線系統的三維虛擬地理環境，用于鐵路選線模擬[3]。這樣可以直觀的輔助施工單位進行新建鐵路的線路平面設計、縱斷面設計、排水設計、線路方案對比優化等模擬演示，為鐵路建設提供更系統更科學合理的技術支持。基于三維空間場景的鐵路選線流程見圖1。

其中應用到的有以下幾項技術：

1)三維空間場景的實現技術。

三維場景的實現需要運用到的技術有二維、三維一體化數據管理及模型分析技術；空間場景的動態調整與剪裁；網絡帶寬可適應變化運行；坐標系自適應轉換；預設參數自動建模等等。遙感技術采集的影像色彩紋理要與高清數碼照片進行匹配結合，提高地形模型精度[4]。將遙感影像與數字高程模型(DEM)進行了疊加處理，其中進行了噪點、反光、紋理映射等參數處理，較真實的再現了地面三維空間場景。

2)三維選線關鍵技術。

該技術包含在三維空間場景中進行線路選擇的交互設計及火車站的位置選擇、橋梁隧道的最佳通過位置及角度、坡度的選擇設計、三維模型的生成、供電設施的位置選擇等等。最后利用三維場景技術對線路方案進行綜合評估，并進行建設投入估算。

3)海量數據的采集處理儲存。

為了確保鐵路選線技術的應用能夠靈活簡便，并且保障操作人員可以快速掌握，該系統集合了數據資料的快速儲存查找與圖像文件的導入導出等。

3 三維空間場景選線的實現

在進行鐵路路線選擇時，要以高精度的高程模型為參照基礎，并進行高清遙感圖像采集用于對選線區域進行三維場景可視化模擬，提高直觀效果。在此基礎上充分對研究區域的地形地貌、水文地質等自然條件進行分析，提高線路方案選擇的科學性，確保要兼顧施工可靠與經濟合理[5]。采用高清數碼相機對研究區域進行高分辨率圖像與精細DEM數據采集，建立鐵路線路三維虛擬踏勘系統。利用快速處理數據信息的能力，將采集與輸入的數據信息進行融合處理，結合計算機平面設計軟件進行路線選擇[6]。基于精準細致的三維空間場景，將各項數據參數進行處理后完成建模，然后對鐵路線路、工點及車站點、候車點設置的合理性進行檢查并優化，最終完成隧道、橋梁、邊坡及路基等空間選型及設計(見圖2)。

4 遙感技術的應用展望

伴隨著我國經濟技術的快速發展，各地鐵路建設的推進速度也不斷加快，特別是“一帶一路”的推進與中西部鐵路建設的不斷開展，遙感技術正在鐵路建設中發揮著越來越重要的作用。但是遙感技術需要融合多種技術，在應用中面臨很多挑戰，隨著應用要求的不斷提高，需要對遙感技術進行更深入的研究，提出了以下幾點建議。

4.1 加強遙感判釋技術的定量研究

隨著遙感判釋技術的不斷發展，使得遙感判釋技術由定性向定量轉化不再遙不可及。要加強三維遙感判釋技術觀測技術和軟件的開發，深入研究遙感技術在復雜觀測區的信息提取采集及不良地質運動變化觀測的應用。

4.2 開發現有鐵路地質檢測技術

據調查發現，我國現有鐵路沿線附近的大型泥石流溝13 486條，中大型的滑坡有1 000多個，崩塌超過1 000處，嚴重塌陷有3 785處。西南部山區的線路，例如成昆鐵路、襄渝鐵路、寶成鐵路、隴海鐵路中的寶雞至天水段均屬于地質災害多發路段。據相關部門統計，我國鐵路受地質災害造成的損失在2000年—2006年6年間就達到了上百億，而且每年的損失都在遞增。因此，加強對鐵路地質災害的調查研究與預防勢在必行。遙感技術具有觀測范圍廣，數據采集全面，不受地形及天氣狀況影響的特點，可以結合GIS分析技術，定期進行遙感作業，能夠實現觀測區域地質災害的識別、預測。

4.3 加強衛星遙感數據的開發和應用

目前，遙感技術在鐵路工程中應用的遙感技術基本都是國外的，對國產的應用信心嚴重不足。隨著我國衛星遙感技術的不斷進步，已經有多個系列的衛星，可以滿足地質勘測的要求[7]。現在最緊迫的就是加強國產遙感衛星在勘察應用中的適應能力及綜合處理能力，結合國內鐵路項目建設進行示范應用，從而推動國產衛星遙感數據的廣泛應用，對降低鐵路勘察成本與遙感技術的發展有積極作用。

5 結語

鐵路選線過程中三維遙感技術，利用高標準的影像與DEM資料，可以直觀的展現研究區域的地形地貌，并進行動態選線模擬設計，可以為鐵路建設方案提供更科學更合理的支持。同時遙感技術可以結合其他觀測技術實現對建成鐵路地質災害多發區域進行監測，加強對地質運動變化分析，降低災害帶來的損失。三維遙感技術代表著未來勘測的發展方向，具有很好的發展前景。