公路沿線不良地質(zhì)現(xiàn)象勘測(cè)技術(shù)研究

陳忠杰 馮 波

(1.陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展公司地質(zhì)測(cè)量中心，陜西榆林 719300; 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064)

隨著汽車(chē)保有量的日益增長(zhǎng)，在保證道路功能發(fā)揮的同時(shí)，對(duì)區(qū)域公路的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高。其中影響公路穩(wěn)定性最顯著的因素就是不良地質(zhì)現(xiàn)象。無(wú)論是繞避還是因沒(méi)有展線空間而必須通過(guò)不良地質(zhì)區(qū)域，都要求我們?cè)谥贫ü肪€位方案前熟悉路線區(qū)域不良地質(zhì)的分布范圍及災(zāi)害程度。

同時(shí)，傳統(tǒng)的不良地質(zhì)勘測(cè)手段，不僅工作量大，周期長(zhǎng)，環(huán)境艱苦，而且所獲取的資料有限。相比之下，RS技術(shù)和機(jī)載Li-DAR技術(shù)不僅勘測(cè)效率及質(zhì)量高，而且詳細(xì)的勘測(cè)資料也為后期路線方案調(diào)整提供依據(jù)，避免盲目地進(jìn)行路線方案調(diào)整。

總之，對(duì)不良地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)的研究能夠有效地指導(dǎo)路線方案的制定及調(diào)整，同時(shí)也為公路建設(shè)及后期運(yùn)營(yíng)提供了保障。

1 不良地質(zhì)現(xiàn)象概述

這里講的不良地質(zhì)現(xiàn)象指的是，對(duì)公路建設(shè)不利的或有不良影響的動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象。主要包括滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、沙丘、沼澤、鹽漬土、河岸沖刷、沖溝等。這些地質(zhì)現(xiàn)象不僅影響道路穩(wěn)定性，也對(duì)地基基礎(chǔ)、邊坡工程等具體工程的安全和正常使用帶來(lái)不利影響?？傊瑢?duì)公路工程建設(shè)極具危害性。

2 不良地質(zhì)現(xiàn)象勘測(cè)技術(shù)

目前應(yīng)用于不良地質(zhì)現(xiàn)象勘測(cè)的新技術(shù)主要有兩大類:一類是航片或衛(wèi)星照片為核心的RS技術(shù);另一類是激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)為核心的機(jī)載LiDAR技術(shù)。盡管兩種新技術(shù)都以圖片影像信息為基礎(chǔ)，但在獲取不良地質(zhì)信息作業(yè)流程及期間數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)上卻差異明顯，且都有各自優(yōu)勢(shì)。

1)RS技術(shù)。RS技術(shù)是利用衛(wèi)星圖片或航片上包含的詳細(xì)信息，借助計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理、自動(dòng)識(shí)別，從而獲得的公路沿線相關(guān)地質(zhì)、水文等資料。由于獲取的信息齊全、直觀，因此對(duì)于地形、地貌等信息的反映也最為直接[1]。在利用RS技術(shù)進(jìn)行公路勘測(cè)過(guò)程中，其最主要的作用就是能夠提供公路沿線的不良地質(zhì)路段的地質(zhì)資料。綜合這些不良地質(zhì)信息，為路線最佳方案的選取提供了依據(jù)和保障。RS技術(shù)提取不良地質(zhì)信息的工作流程如下:首先通過(guò)航空攝影或衛(wèi)星云圖得到原始影像資料，而原始資料不能直接被用戶利用，需通過(guò)專業(yè)軟件(如:ERDAS軟件)預(yù)處理以消除各種誤差影響及薄云、霧對(duì)影像信息的干擾，使得圖像中地物更加清晰可見(jiàn);然后通過(guò)光譜圖像中災(zāi)害點(diǎn)與非災(zāi)害點(diǎn)光譜值的差異，建立不良地質(zhì)災(zāi)害提取模型，并借助相關(guān)軟件自動(dòng)提取;接著需對(duì)提取的不良地質(zhì)災(zāi)害信息進(jìn)行矢量化，使其與線狀道路信息疊加分析;最終通過(guò)ARCGIS平臺(tái)，得到公路沿線不良地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息。其流程圖[2]如圖1所示。

2)機(jī)載LiDAR技術(shù)。機(jī)載LiDAR技術(shù)是將激光掃描技術(shù)與POS技術(shù)集成，可直接、快速地獲取地面三維數(shù)字信息，具有周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此在公路勘測(cè)中利用激光數(shù)據(jù)能夠達(dá)到節(jié)約人力、物力，縮短工期的效果。利用機(jī)載LiDAR技術(shù)能夠生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的“4D”產(chǎn)品[4]，即DEM(數(shù)字高程模型)、DOM(數(shù)字正射影像地圖)、DRG(數(shù)字柵格地圖)和DLG(數(shù)字線劃地圖)。其中DRG和DLG成果能夠清晰準(zhǔn)確地確定公路沿線不良地質(zhì)災(zāi)害信息，從而指導(dǎo)前期公路線位選擇及后期公路不良地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施設(shè)計(jì)。運(yùn)用機(jī)載LiDAR技術(shù)進(jìn)行公路不良地質(zhì)勘測(cè)作業(yè)流程如下:首先是前期準(zhǔn)備，包括測(cè)區(qū)相關(guān)資料收集(測(cè)區(qū)地形、GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)等)、飛行設(shè)計(jì)(空域申請(qǐng)、航線選擇、飛行參數(shù)、時(shí)間等)、測(cè)試運(yùn)行(安裝機(jī)載設(shè)備、GPS基站踏勘及聯(lián)測(cè)、飛行測(cè)試等);然后是野外飛行作業(yè)，包括航飛數(shù)據(jù)采集和GPS基站數(shù)據(jù)獲取兩部分。完成后應(yīng)及時(shí)對(duì)獲得的各類數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行檢查，如有遺漏，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)測(cè)。最后是數(shù)據(jù)處理，即將原始測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用戶所需的數(shù)字化產(chǎn)品，也是機(jī)載Li-DAR技術(shù)重要環(huán)節(jié)。

其流程圖[4]如圖2所示。

3)RS技術(shù)與機(jī)載LiDAR技術(shù)應(yīng)用比較。a.RS技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)。RS技術(shù)比較適用的數(shù)據(jù)源是空間分辨率在2 m～10 m、具有多光譜的遙感數(shù)據(jù)，在進(jìn)行大規(guī)模山區(qū)不良地質(zhì)勘測(cè)時(shí)效果顯著;b.RS數(shù)據(jù)的采集對(duì)區(qū)域環(huán)境氣候條件具有一定的依賴性，如光學(xué)遙感數(shù)據(jù)適用于區(qū)域上空基本無(wú)云層覆蓋;微波遙感可以穿透云層獲取地面信息;c.RS技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中既需要有宏觀的陸地衛(wèi)星圖像，也要求有精度較高的航空遙感圖像，只有兩者同時(shí)存在，才能取得較好的效果;d.RS技術(shù)影像信息的提取需要借助基于譜間關(guān)系的信息提取模型。在精確監(jiān)測(cè)不良地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，也需要完整的公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)相配合。

4)機(jī)載LiDAR技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)。a.機(jī)載LiDAR技術(shù)基本不受日照、植被、陡峭地形、天氣條件等因素的影響，憑借其高精度航空攝影技術(shù)可以直接獲取地物三維信息;b.機(jī)載LiDAR技術(shù)無(wú)需或只需少量的地面控制點(diǎn)，而且對(duì)測(cè)量對(duì)象可分離處理(如可分離地形、建筑物、植被等)，但點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類篩選卻是非常關(guān)鍵且復(fù)雜的過(guò)程;c.機(jī)載LiDAR技術(shù)要求勘測(cè)目標(biāo)必須可見(jiàn)，不能穿透極其茂密的樹(shù)群到達(dá)地面，因此不能完全替代航空攝影測(cè)量。當(dāng)然，無(wú)論采用何種技術(shù)對(duì)公路不良地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行勘測(cè)，要掌握不良地質(zhì)災(zāi)害的分布、規(guī)模、形態(tài)應(yīng)通過(guò)多期圖像的動(dòng)態(tài)對(duì)比，這樣才能對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)路線工程的危害程度作出定性和定量的評(píng)判，提出建議性改善措施。

3 結(jié)語(yǔ)

不良地質(zhì)現(xiàn)象對(duì)公路正常使用的影響是深遠(yuǎn)的，因此對(duì)公路范圍內(nèi)的不良地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防。新型勘測(cè)技術(shù)的運(yùn)用使得在繞避及防治的準(zhǔn)備期提前，同時(shí)在今后不良地質(zhì)勘測(cè)新技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)注重多項(xiàng)技術(shù)的綜合使用，使整個(gè)過(guò)程更實(shí)用、更高效。

[1] 王生才.高等級(jí)公路勘測(cè)技術(shù)研究[D].吉林:吉林大學(xué)，2007:35-39.

[2] 張 勇，高克昌.基于遙感和GIS的公路水毀監(jiān)測(cè)和評(píng)估技術(shù)框架[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010(3):33-34.

[3] 吳 迪，劉曉東，張 熙.利用機(jī)載激光技術(shù)進(jìn)行公路勘測(cè)過(guò)程研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2011(10):152-153.

[4] 盧勤秀.機(jī)載LiDAR技術(shù)在高速公路勘測(cè)中的應(yīng)用[J].紅水河，2011(6):154-155.