三维遥感技术在工程地质勘察中的应用研究

蔡泽伟

摘 要：近些年来，随着科学技术的不断进步，工程地质勘察方面也涌现出了许多新技术，使得地质勘察水平不断提高，对工程建设安全起到重要保障作用。文章以三维遥感技术作为研究对象，对其在工程地质勘察中的应用展开研究。

关键词：三维遥感技术；工程地质勘察；应用

中图分类号：P237 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0062-01

在工程地质勘察中，遥感技术是一种常用的技术手段，但是，常规的单一数据源和判释方法所得的结果通常存在一定偏差，无法满足精度要求越来越高的工程地质勘察需求。近些年来，多元数据融合、三维遥感等技术，有效解决了传统遥感技术的不足，本文就对三维遥感技术在工程地质勘察中的应用进行研究，以期为工程地质勘察提供帮助。

1 三维遥感技术的优势

相较于常规的遥感技术，三维遥感技术有了长足进步，其优势主要体现为：

首先，可以显示地物空间的细节特征，在常规二维遥感中，受复杂环境的影响，地物光谱容易发生同物异谱、同谱异物以及混合像元等问题，按照光谱特性解译的结果并不可靠，但在三维遥感中，通过多维数据之间的对比，可以有效解决此问题，保证地物光谱的准确性，从而提高勘察结果的可靠性。

其次，能够直观解译、展示地物形态，在常规二维遥感中，解译时由于缺乏高程信息，只能从顶视角度来进行地质对象的观测，无法准确判译地形高差、岩层倾角、边坡坡度以及断面形态等信息；而三维遥感可以直观的解译出三维空间地物的形貌，对地质对象进行立体的观测，准确的测定地物各方面信息。

第三，多尺度无缝数据处理，常规二维遥感对多来源数据的处理只是简单的叠加图层，三维遥感则可以将多来源数据分别对应到各自的空间点上，实现多尺度无缝数据处理，完成大尺度宏观区域地质与小尺度微观地质图像间的相互平滑过渡。

第四，动态模拟，工程地质情况并不是静止不变的，而是一直处于一个动态变化发展过程中，且此种动态变化具有不均衡性，虽然二维遥感可以通过不同时间段的影像来反映出这种地物变化，但是却无法对其进行动态模拟；在三维遥感技术中，引入了时间因素，可以对地物变化进行动态三维模拟，并分析其发展变化趋势。

2 工程地质勘察三维遥感技术体系形成的步骤

2.1 准备基本资料

在工程地质勘察之前，先收集工程项目的具体资料，包括项目线路设计图、专题图、地形和地质图以及其它相关的影像、文字、图表等资料，并对资料进行整理、归纳，根据比例、内容的差异，分门归类整理，为下一步工作奠定良好基础，避免基本资料不全造成解译偏差。

2.2 做好数据处理

根据收集的基本资料，需要对其数据进行适当处理，作为遥感建模等操作的重要依据，一般来说，数据的处理过程为：先扫描收集的各种图纸，得到矢量化数据，并对其进行属性赋值；然后转换矢量数据的格式，使其统一为符合建模软件的数据格式，并进行投影变换、拓扑关系等处理；最后，对遥感影像进行处理，主要包括组合波段、投影校正、图像融合、镶嵌以及构建三维可视化模型等。

2.3 遥感解译标志库

解译标志库是三维遥感的一个重要环节，其依据的原理是在遥感图像中，岩土体或者工程地质现象不同时，其所具有的波谱、时空特征也是有所差异的，根据各自的波谱、时空特征，就能够解译出工程地质、岩土体的具体情况。在解译标志库中，通常只选取典型的地物解译信息，根据其特有的波谱解译原则进行解译，得到精确、可靠的解译信息。

2.4 提取遥感信息

在遥感地质解译信息基础上，结合三维可视化模型，通过一些野外实地调查炎症，来提取出工程区域范围内的地质环境背景、不良地质灾害体等各方面信息，补充、完善并更新此区域的地质资料，提高工程地质勘察的准确性、全面性。

2.5 数据集成入库

通过上述各个步骤，可以得到海量的、多源的工程地质信息，分别利用相应的软件对这些数据进行格式转换、切块，将其输入到三维遥感工程地质平台中，实现数据的集成入库，常用的软件包括ArcCIS、Global Mapper等。

2.6 表达遥感成果

在数据入库后，多源信息的输出应当采取组合叠加输出的方式，同步输出地形、地质以及正射影像等要素，得到立体、形象、全面的影像图，为工程野外调查等提供准确依据；同时，也可以将地质、线路三维动画叠加在一起，为选线、工作汇报提供直观、形象的素材。

2.7 地质综合勘探

根据三维遥感技术所得的勘察结果，可以得工程区域内地质的具体情况，包括地形、地貌、不良地质条件、交通条件等等，按照这些信息，可以选定合适的地质勘探点、线和面，并据此来优化组合钻探、物探和物探等勘探方法，为综合勘探的点、线、面布置提供可靠依据。

2.8 技术归纳总结

在实地勘察后，根据物探资料、施工阶段地质资料以及工程勘察资料等，综合分析后，与遥感解译成果进行对比，寻找其中存在的漏判、错误等情况，归纳总结正确的解译方法，最终形成实用的三维遥感工程地质勘察技术体系。

3 三维遥感技术应用的难点与对策

在工程地质勘察中应用三维遥感技术体系时，会受到许多方面的影响，包括地理环境、工遥感数据、工程地质勘察精度等，本文就对这些难点进行简要分析，并提出相应的解决对策，为三维遥感技术的实际应用提供帮助。

3.1 数据处理量大，管理困难

在工程地质勘察中，其基础数据十分繁杂，数据格式类型较多，数据信息量较大，在比例尺、坐标系等方面存在很大差异；加上数据本身涉及的范围较多，包括线路、地形、气象、水文地质、地质灾害、地震烈度以及生态环境等等。各种资料之间的巨大差异，在空间上存在极大跨度，会给数据处理带来较大的困难，导致许多数据得不到有效利用，给工程地质勘察准确性造成一定不良影响。

对此，在实际数据处理中，对于栅格图格式的数据，应当对其进行扫描，将所有的数据坐标统一转换为WGS84格式，得到此格式下的坐标投影；对于矢量图格式的数据，要对数据进行属性分类，分别归纳到点、线、面属性中，建立属性关系表；对于描述性格式的数据，要通过统计、分析后，输入到MDB数据库中。

3.2 工程地质建模难度较大

三维遥感地质模型是一种展现真实地形、地物的模型，其工作基础是遥感解译，但是，由于地形、地物本身的复杂性，三维遥感所得到的空间信息、纹理信息等特征十分复杂，会给遥感解译带来较大的干扰，可能会出现遥感不正确的情况，整个工程建模都可能受到影响，建模工作难度相对较大。

对此，应当通过对Goole earth全球影像、地形数据的利用，结合工程实际情况，借鉴同类工程地质三维遥感建模的成功经验，来解决建模过程中出现的问题，提高建模的可靠度。

3.3 遥感地质三维模型精度

在工程地质勘察中，有许多地形地貌是会对三维模型精度产生影响的，比如大面积植被覆盖、岩石不均匀风化、完整基岩较少等，会增加断层、色彩、岩层纹理以及图案特征等的复杂性、多解性。

对此，在三维遥感技术中，需要利用多尺度、多源、多种类型的遥感平台，来得到多尺度的遥感数据，通过对地质特征的综合分析，来制定精确的解译规则，建立可靠的地质解译标志库。

4 结 语

综上所述，地质勘察是现代工程建设中的重要环节，对工程具体施工起着重要指导作用，直接关系到工程施工的质量、安全。三维遥感技术是一种先进的地质勘察技术，具有许多方面的优势，加强对三维遥感技术的研究，掌握其技术要点、难点以及应对措施，提高三维遥感技术应用水平，对地质工程勘察质量提高有着重要意义。

参考文献：

[1] 高山.三维遥感铁路工程地质勘察系统研究[J].铁道勘察，2015，（4）.