奧維地圖軟件及小型無人機在山區公路工程地質勘察中的應用

李文強

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司， 山西 太原 030006)

奧維地圖軟件和無人機技術目前已被廣泛應用于地質調查中，但很少將兩者同時真正融入地質調查，目前也缺乏相關資料的匯總與總結，該文主要結合前人的工作經驗和實際工作中遇到的問題和難題，以西北復雜山區某高速公路為例，系統地闡述和總結奧維地圖軟件和無人機技術在工程地質勘察中的應用，為類似工作提供一定的參考和幫助，提高地質調查的效率和精度。

1 項目概況

擬建公路位于甘肅省甘南藏族自治州舟曲縣和迭部縣境內，各路線方案總長約170 km。項目區地處西秦嶺南支西端與岷山山脈交匯疊加地帶，白龍江上游流域(項目區位于兩河口以上河段)，屬中國典型的高山峽谷區地貌。

項目區所處的白龍江干流上游區位于青、甘、川三省交界地帶，為青藏高原東北緣的東昆侖構造帶、西秦嶺構造帶、松潘甘孜構造帶、岷山構造帶、龍門山構造帶等數個構造帶的交匯銜接部位，也即復雜的構造結部位。上述構造帶歷經多個期次、多個旋回，褶皺斷裂構造非常發育，尤其是進入新生代以來，周邊活動性斷裂構造密集分布，活動頻度及強度較高。

項目區地層巖性復雜多變，沉積巖、變質巖和火山巖均有分布。該區地層的平面展布特點明顯具有沿白龍江呈近東西向分布，且與流域一致呈條帶狀展布的規律。自條帶中央至條帶邊緣地層由老至新依次分布，即總體上條帶中心以志留系為主，兩側外圍則以三疊系為主，其他地層多呈斷續條帶狀展布。

綜上所述，該項目路線長，斷裂褶皺構造發育，地形地貌復雜多變，滑坡體、泥石流病害成群成帶密集分布，不穩定自然高陡邊坡隱患點極多。大大增加了地質調查的難度，按照傳統的地質調查方法，很難在短期內準確地完成地調任務，在奧維地圖軟件和無人機技術的輔助下，將大大降低工作難度。

2 應用思路和方法

進行外業地質調查之前，先把路線平面線位導入到奧維地圖軟件中，主要利用軟件的定位和拍照功能，隨時掌握路線位置，準確規劃調查路線，也為后期鉆孔位置的定位提供幫助，定點采集照片信息，避免忘記拍照位置的可能，并根據衛星影像，輔助判斷斷裂構造位置和不良地質現象的位置和范圍。對于調查人員很難到達的路線部位和不良地質體(尤其是高位不良地質體)的調查，可以借助于無人機技術，幫助識別路線附近的地層情況，有無不良地質分布，以及不良地質體的變形特征，為預測不良地質的穩定狀態和防治措施提供幫助。因此，在奧維地圖軟件和無人機技術的幫助下，將大大提高工作效率和精度。應用的技術路線如圖1所示。

圖1 地調技術路線

3 線位導入與導出

3.1 線位導入

首先將擬建公路的CAD線位在PC端導入到奧維地圖軟件，再從PC端導出或同步到云端，導入到手機客戶端，通過手機隨時隨地掌握自己的位置以及與線位的關系。

CAD線位導入奧維地圖軟件的方法有多種，該文主要介紹一種通用的方法，使用關聯點將CAD導入奧維。

首先是關聯點的選取，一般選取3個關聯點，如果路線長度較長且地形較復雜，可以適當多選擇幾個關聯點，或者分段導入，關聯點盡量沿路線均勻分布。關聯點的選取非常關鍵，直接決定導入線位的精度，所以，關聯點一定要選在能準確識別的地方，便于衛星圖與CAD平面圖能準確地吻合，關聯點可以在路線上，也可以在路線附近，具體操作見圖2。

圖2 關聯點標簽圖

關聯點確定之后，在奧維互動地圖添加關聯點標簽，在圖2“備注”欄填寫關聯點坐標，坐標系平面圖上該點對應的坐標，直接填寫CAD平面圖讀出的平面X、Y坐標，中間用英文的逗號分開，不用顛倒X和Y的坐標值。所有關聯點均按照上述辦法添加。

關聯點添加完成后，將CAD平面線位另存為dxf格式，然后將dxf文件直接拖拽入奧維互動地圖軟件界面，將會出現圖3所示界面。

圖3 關聯點轉換圖

圖3中“CAD坐標設置”選擇“關聯點轉換坐標”選項，然后點擊“方案管理”欄，點擊“添加”按鈕，在“名稱”欄輸入項目名稱，如圖4所示，然后點擊“添加關聯點”按鈕，出現圖5界面，點擊“添加”按鈕，然后點擊“選擇標簽”按鈕，選擇已建立的關聯點，最后點擊“開始解析”按鈕，最終將線位導入到平面圖，如圖6所示。

圖4 關聯點轉換圖

圖5 關聯點轉換圖

圖6 線位平面圖

3.2 線位導出

將線位從PC端導入手機移動端方法有多種，該文主要介紹同步和文件傳輸的方式。

(1) 同步的方法

該方法主要應用于同一賬號不同客戶端之間的應用(一個賬號可以綁定幾個客戶端)。

點擊“用戶”欄，然后點擊“與云端同步對象”選項，在“文件夾”選項選擇需要同步的對象，在“同步選項”欄選擇“將本地對象上傳合并入云端”，最后點擊“開始同步”，平面線位就上傳到了云端。

在手機端點擊“收藏” “菜單” “同步”，然后在“文件夾”選項選擇需要同步的對象，在“同步選項”欄選擇“將云端下載對象合并入本地”，最后點擊“開始同步”，解析完成，平面線位就成功導入到手機。

該方法應用較為廣泛，方便同一項目不同專業小組人員之間的傳輸與共享。

在PC端“收藏夾”一欄單擊需要導出的項目文件，然后點擊右鍵，選擇“導出”，彈出下列對話框(圖7)，在“格式”選項中選擇“KML Google”，最后點擊 “導出”，線位數據就被導出到電腦中，然后傳輸到手機上，用手機版“奧維互動地圖”軟件打開文件，平面線位即傳輸到手機客戶端。

圖7 導出對象圖

4 奧維地圖在地質勘察過程中的應用

奧維地圖在地質勘察的各個環節都能應用，該文主要從路線定位、地質界線確定、不良地質范圍確定、地質勘探和照片采集等方面的應用展開介紹。

4.1 路線定位

外業地質調查一般采用1∶10 000或1∶2 000的地形圖。1∶10 000地形圖測量年代較久，地形和地物均發生了變化，很難準確定位，而1∶2 000的地形圖往往圖幅較小，在圖幅之外很難定位，常常需要不斷地找人問路，特別是長大隧道要穿越地形復雜的山區(無人區)，基本沒法定位，完全不知道自己所在的位置，以及與線位的關系，有時候盲目尋找，不但浪費時間還可能具有一定的危險性，降低了工作效率。

通過手機奧維地圖定位，能隨時隨地掌握自己所處的位置以及與線位的關系。在奧維地圖上能清晰地看到所在位置的道路情況，能順利找到通往路線的最便利的道路，大大提高了外業調查的效率和精度。

4.2 地質界線確定

地質界線的勾畫主要還是通過現場徒步踏勘并結合區域地質圖來綜合確定，通過奧維地圖能進一步增加地質界線的精度。

路線地質調查主要沿路線附近進行踏勘，在基巖山區，受地形等因素限制，有時調查的內容比較局限，看不清全貌，例如斷層、土石分界線的分布。

接收現場數據，并對數據進行分析，根據特定的計算方式給出相應的指令，這一部分稱之為運算部分。邏輯控制部分：與現場設備相連接，接收運算部分的動作指令，判斷現場設備的實際運行狀況并將新的動作指令分別下發給各終端，使其按照要求單獨動作或者聯動動作。這2個部分互有區別，不應混為一談。

奧維地圖能彌補以上工作的不足。在基本確定斷層出露位置后，能通過奧維地圖獲取附近整體地形地貌條件，通過地形地貌 (如埡口、斷層崖等)，判斷斷層的延伸方向；在植被稀少的山區，通過奧維地圖能清晰地看出土石分界線分布，對現場調查工作進行復核和驗證。

4.3 不良地質范圍確定

野外調查期間，受圖紙精度、地物和地形變化等因素影響，一些不良地質的邊界很難準確地反映在圖紙上，尤其是大規模或大范圍的不良地質，實測難度又比較大，如堆積體、尾礦庫、崩塌和滑坡等。

在調查期間，路線附近有多處石料廠，露天開采，棄渣分布面積大，石料廠和棄渣的位置和范圍很難確定，利用奧維地圖軟件，這些問題將迎刃而解，在奧維地圖上圈出棄渣邊界(圖8)，然后在“收藏夾”中選中需要導出的文件，點擊“右鍵”，選擇“導出”，保存成dxf格式，按原坐標粘貼到平面圖即可。

圖8 棄渣范圍

4.4 地質勘探中的應用

線性工程路線跨度較大，一般穿越多個地貌單元，地形破碎，地勢起伏大，在山區公路工程中尤為顯著，無疑增加了地質勘探工作難度，其中一方面就是鉆孔的定位，線位的樁子大部分被人為破壞，加之地形復雜，要花費大量的精力尋找鉆孔位置。

通過手機奧維地圖定位，能隨時隨地掌握自己所處的位置以及與孔位的關系，輕松到達孔位，大大提高工作效率。

4.5 照片采集

在外業地質調繪期間，需要拍攝大量的照片，一般情況下，照片整理周期為一天(有時會更長)，即調查一天之后，晚上回去整理當天的照片，線性工程地域跨度較大，照片采集量較大，有時往往混淆照片所對應的拍攝地點，需要重復調查拍照，影響調查的效率和精度。

隨著智能手機的發展，手機拍照完全能滿足工作需要，更重要的是利用手機版奧維互動地圖軟件的拍照功能能精準地定位，避免了上述出現的問題。

首先，線位已成功導入手機中，打開軟件，將屏幕上的“黃色十字標”(圖9)移至拍照的地點或對應的樁號位置，點擊屏幕右上角“照相機”圖標(9)，拍照即可，拍攝的照片自動顯示在拍攝的位置。如圖9所示為線位附近幾個“照相機”圖標。

圖9 拍照界面

5 無人機的應用

隨著無人機技術的發展和應用，目前無人機已被廣泛應用到各類工程建設中。項目區屬典型的高山峽谷區地貌，位于多個構造單元帶，褶皺斷裂構造非常發育，地層巖性復雜多變，不良地質密集發育，地質調查工作難度非常大，好多地方都不能到達，傳統的地調方法無法保障工作的精度，在無人機的幫助下，工作的精度和進度將會進一步得到保障。結合項目區工程地質特征，該文主要介紹無人機在地質構造和不良地質等方面調查的應用及優越性。

5.1 地質構造調查的應用

項目區斷裂構造非常發育，尤其是進入新生代以來，周邊活動性斷裂構造密集分布，受表層巖土體影響，大部分斷裂構造具隱伏性，調查難度較大。

傳統的調查方法就是發現斷層出露的位置，然后根據地形地貌、地層巖性等條件初步判斷斷層的走向，最后去追蹤斷層，尋找下一個出露位置，探明其延伸方向，在地形復雜的地區，通常追蹤斷層耗時較長，耗費體力，甚至還存在安全隱患，但結果有時候都不盡人意。在地形復雜、人員到位困難的地方，可以借助于無人機，能規避風險，提高效率和精度，用無人機沿斷層可能的延展方向所在區域進行航拍，根據現場地形地貌、地層巖性等進行解譯判斷，并結合區域地質資料進行綜合分析，最終確定斷層的產狀。

5.2 不良地質調查的應用

項目區不良地質發育主要為崩塌、滑坡，該文主要介紹無人機在巨型滑坡、高位崩塌體(滑坡)等不良地質調查中的應用及優越性。

巨型滑坡一般平面面積分布較大，由于地形原因，有時候很難掌握滑坡體全貌及變形破壞跡象，借助奧維地圖和無人機，首先通過奧維地圖從地貌上初步識別滑坡的范圍，然后利用無人機航拍，獲取大范圍的圖像資料，結合航拍資料，確定滑坡的邊界和范圍，最后利用無人機獲取滑坡體局部變形的圖像資料。掌握滑坡體的范圍邊界以及變形特征，為滑坡體的穩定性分析提供十分重要的依據。

高位崩塌(滑坡)一般具隱蔽性，高程較高，勢能大，臨空條件好，具有突發性，且破壞力強，排查與調查難度較大，如四川茂縣滑坡，屬于典型的高位崩塌(滑坡)，破壞機制為“高位遠程崩滑碎屑流”，目前對高位崩塌(滑坡)的調查主要借助于無人機和三維激光掃描儀，無人機能捕捉到無法看到的地質現象，并對地質現象的整體和局部特征進行收集，通過采集到的影像資料對地質現象進行室內解譯、分析和評價等，排查和確定該地質體是否為不良地質，最后采用三維激光掃描儀對不良地質體進行現場掃描，可以準確識別和解譯出長度20 cm以上的裂隙(包括其跡線空間位置、產狀等信息)，位置偏差±3 mm，自動建立三維空間模型和點云測量數據庫，其點定位精度可達到毫米級，通過室內解譯，確定不良地質體的范圍、規模和變形特征等，為不良地質體的評價提供依據。

無人機在公路工程中的應用還有很多，在設計階段可以利用無人機航拍技術和BIM技術對全線和單個工點建立模型，結合地形和地質條件進一步驗證和核實設計的合理性，提高工作的效率和精度，在施工階段也能提供技術支持，方便施工人員對各個構造物作出正確理解，進一步節約成本，縮短工期。

6 結論

(1) 奧維地圖能給現場工作提供大量的便利，調查人員隨時知道自己所處的位置及與線位的關系，省去了問路、找路的環節，大大提高了工作效率。

(2) 奧維地圖在不良地質調查、鉆孔定位和照片采集等方面提供強大的技術支撐，進一步提高工作的精度和效率。

(3) 無人機在構造和不良地質等方面的調查中發揮至關重要的作用，解譯隱伏構造、排查隱蔽不良地質體，進一步規避路線方案選擇的風險性。

(4) 融合了奧維地圖軟件和無人機技術后，大大縮短了外業工期，并成功解譯斷層22條、排查了80余處滑坡和崩塌體，提高了工作效率和精度。