利用高精度遥感信息进行地面风险识别及评估

2014-12-12 01:47雷迎春王博涛陈江力

测绘通报 2014年1期

雷迎春，黄腾，王博涛，陈江力，王兴

(川庆钻探工程公司地球物理勘探公司山地分公司，四川成都610213)

一、引言

高难山地地震勘探，地表条件复杂，地势险峻，悬崖峭壁众多，风险识别采用地形图和现场踏勘相结合的办法。由于我国大面积1∶50 000地形图绘制于20世纪50—80年代，地面信息有限，特别是经过近20年的快速发展，当年绘制的地面障碍和地形与目前实地有较大差异。现场踏勘，受时间限制不可能覆盖全部工区，且耗时耗力，真正完成工区地面风险源的识别并作出正确评估，往往要测量工序完成后才能实现，严重影响项目安全作业。如果在施工前就能够准确识别工区地表风险并进行评估，制定针对性较强的应急措施，将极大地降低地震勘探作业风险，达到安全、环保、健康作业的目标。

二、信息提取

目前，遥感信息的来源主要有两种途径:①人造卫星(包括航天飞机)遥测资料;②采用安装在飞机上的激光扫描仪，即激光诱导探测和测距仪(Li-DAR)。由于机载雷达远没有星载雷达高度高，因此机载LiDAR可得到高分辨率DEM，目前垂直分辨率可达10 cm，横向分辨率可达20 cm。这种方式精度高，但投资大，适应于个别区块。

高光谱的遥感信息提供了极为丰富的地面信息，目前HSE风险识别需要的信息主要有:

1)地表岩性:通过热红外光谱(TIR)、近红外光谱(NIR)、短波红外光谱(SWIR)和合成孔径雷达获得。

2)地面建筑及农田、森林、沼泽、湿地、草原、水域:主要通过多光谱和合成孔径雷达、甚近红外光谱(VNIR)、可见光(VIS)及近红外光谱获得。

3)地形及地表断层:主要通过热红外与合成孔径雷达信息获得。

地面风险识别需要经过信息处理后获得正射制图、地质图、相对湿度、地表粗糙度、松散度、DEM、坡度、破碎度等成果。

三、地面风险识别及评估

地表风险源包括静态风险源和动态风险源，静态风险源主要包括地面建筑、断崖、河流阶地等，动态风险源主要有洪水、滑坡及其他不确定因素。

风险评估要考虑以下几个方面:

1)爆炸安全距离:指炸药激发点距地面建筑的安全距离，分两种情况:一般地面建筑(房屋、油井、管道等)和特殊地面建筑(古迹、军事建筑等)。一般地面建筑根据建筑性质、地表岩性按爆炸专用公式计算后确定激发点布设范围;特殊建筑按照建筑管理者的要求确定激发点限制范围。

2)突发洪水的淹没范围:分为静态淹没和动态冲击两种。静态淹没以当年水文资料中最高历史记录为提示预警范围，通过DEM、TPI按水平面模拟淹没范围。动态冲击以冲沟、河道、伏流河洪水冲刷痕迹和气象资料，通过DEM、TPI确定洪水可能冲击的范围。

3)交通安全包括:①禁止驶入区:有种植物的农田、沼泽、湿地;②有条件限制进入区:草原、地面建筑区严格按指定线路行驶，黄土、粘土层雨天不能通行，盐碱地重型车辆禁止进入，沙漠区需要更换沙漠胎，戈壁砾石区、坡积物、冲积扇区行驶增加备胎;③坡度范围:越野车在25°以下可以安全行驶，钻井车在15°—25°行驶有较大风险。

4)施工作业区包括:①坡度范围:禁止施工区域(坡度＞70°)，高危作业段(45°＜坡度≤70°)需要架设天梯，中危作业段(35°＜坡度≤45°)需要保险绳，安全作业段(坡度≤35°);②地表影响:进入沼泽、湿地需有防陷落措施，进入军事禁区、居民区、有种植物的农田区需要事先与建筑、土地管理者达成协议。

5)电台信号无法覆盖区:从DEM上取得工区高程、高差，根据无线电频率、功率、相关系数，按照无线电台传输距离计算电台信号覆盖范围，提出电台中继站架设地点、数量。

6)营地搭建区:通过正射制图、DEM、TPI搭建野外营地时，尽量利用自然的或原有的开辟地，避开洪水通道，如河湾、绝壁下及滑坡区，尽量避免损害植被、污染水源等。

7)临时避险地:施工人员施工中遇突发事件不能回到营地时的临时住地，包括防洪平台、临时宿营地等，需要根据施工计划、线路等因素提出建议位置。

评估流程如图1所示。

图1 西北地区山地勘探地表风险评估流程图

四、应用效果

西北某勘探项目位于天山地区，地表沟壑纵横，山体区占工区的90.35%，其中高难山体区占43.47%。地表为戈壁、高难山地、峡谷、河流、草原、油田建筑等，地表岩性有西域组砾岩、河滩砾石、砂泥岩和少量老地层。施工季节常发沙尘暴、暴雨、山洪、冰雹，是典型的HSE高风险地区。在本次项目作业前，采用高精度遥感信息进行了辅助地表风险识别和评估，取得了明显效果。

本次施工主要采用美国GeoEye和印度IRS-P5卫星影像提取数字高程模型，通过实地GCP采集进行影像处理，获得正射制图、地表地质解译、DEM、TPI、坡度、起伏度等成果。

经过分析，结合 DEM、坡度、TPI、起伏度，绘制出工区地形风险分布图(如图2所示)，从图2中可以看出，工区东北部地面风险最大。

图2 西北某探区地形风险分布图

整个工区有四大地面风险，可能造成的危害如下:

1)炸药激发可能造成地面油井建筑损害，按照激发震动与建筑物距离公式，对采油井、钻探井周围498口激发点全部进行了有效偏移。

2)悬崖、峭壁对施工作业人员的安全可能造成危害，对坡度＞70°的地形设置了禁区，在激发、接收点位置优化设计中提前进行调整，既保证了安全生产又保证了覆盖次数;同时对需要架设天桥的地点进行了建议标示，提醒作业人员在中风险地下需要使用保险绳。

3)突发性洪水冲击可能给施工作业人员、设备带来危害。根据地形分析和历史洪水资料分析，在3条河流中提出了27个防洪平台建议位置，并设计了紧急撤离路线，实际设置的21个防洪平台，全部包含在27个预选平台中，撤离线路全部采纳。

4)工区通信不畅。利用DEM通过估算，建议了3个电台中继站，同时提出了34个野外营地和10个临时避险地位置建议，34个野外营地全部采纳，10个临时避险地采纳了7个，由于施工中防范措施到位，临时避险地没有使用。

通过采用高精度遥感信息对项目工区地面风险进行提前识别和评估，制定出了积极有效的HSE防范措施，确保了项目任务得以安全优质完成。

五、结束语

1)高精度遥感信息在高难度山地地震勘探地表风险及评估中，具有实用性，可有效减少现场踏勘时间，避免人力、物力浪费，并能够为HSE险情预案的制定提供准确依据。

2)遥感信息的精度是准确识别及评估山地地震勘探地表风险的关键，精度不够将严重影响地表风险源的识别及评估效果。