遥感技术在公路工程中的应用

遥感技术在公路工程中的应用摘要：公路地质选线要求在对地形地貌、地质构造、不良地质做深入研究的基础上, 分析对比各种可行的路线方案, 从选线要求出发, 探讨分析了不良地质现象分布规律，在此基础上比较各设计线路优缺点，将地形选线与地质选线结合起来，提出科学合理的建议线路方案。Abstract: Geological highway alignment requirements in the topography, geological structure, poor geological do in-depth study, based on the analysis and comparison of various possible route options from the alignment requirements, analysis of adverse geological phenomena of distribution, on the basis of compare the advantages and disadvantages of each design line, the terrain alignment combined with geological alignment, put forward scientific and reasonable, proposal line program.关键词：遥感，地质选线，判释地质选线是近20 年来随着我国高等级公路建设的深入而逐渐形成的一种选线理念。长期以来，依据地形选线是唯一的选线方式，由于选线人员对地质灾害缺乏充分认识，对项目中存在(或潜在)的地质灾害缺乏足够重视，导致不少工程在后期被迫追加大量的投资进行地质病害处治，这在我国公路建设史上已有不少惨痛教训，在充分吸取教训以后，工程界提出了地质选线的理念，即把地质作为一项控制指标，根据沿线不良病害分布情况调整路线的布设位置，以期使公路线位最为合理，达到工程最省、造价最优、运营安全、维护成本低的目的，从而使工程项目发挥最佳整体效益。公路路线作为公路的骨架, 在公路设计中起着极为重要的作用。公路选线不仅要考虑地形的影响, 还要全面考虑路线所经区域地质情况的影响, 使道路避开不良工程地质区域, 保证道路区域工程地质的稳定。由于遥感图像具有视野广阔、影像逼真、信息丰富的特点, 通过遥感资料所记载的不同地质体的电磁波谱特征, 可以进行地质信息的提取、遥感图像的解译, 可查明地质体的类别和分布、地质构造特征、地貌特点、不良工程地质条件等。在公路选线工作中, 通过综合分析公路工程和地质环境之间的相互影响、相互作用, 进而可以找出适合建路的最佳路线1 基于遥感的地质勘测1.1 遥感技术简介遥感技术是对遥远目标的感知。利用航空、航天飞行器借助多光谱、彩红外、微波等电磁波地球地表的观测和扫描，从而得到能够真实反映地表特征的影像图。目前用于公路工程勘察、选线的遥感影像产品，有我国的中巴卫星，美国资源卫星的TM、ETM，法国的SPORT、加拿大SAR(微波雷达卫星)及高分辨率的美国卫星QuikBird 等。1.2 利用遥感进行地质勘探、判释地质现象的多因素性和复杂性决定了工程地质勘测必须在勘测手段上采取综合勘测的方法。遥感技术为地质测绘提供了全新的手段，其宏观性、直观性和综合性是其它任何地面测绘所达不到的，其作用可归纳如下：121 弥补区域地质资料不足。利用既有区域地质资料进行工程地质测绘存在资料老化、比例尺过小、工程地质内容缺乏(如不良地质、特殊岩土)以及资料不齐全等问题，这使得公路工程地质测绘工作带有很大的盲目性，对测绘质量的影响是在所难免的。开展遥感勘测，特别是在前期工作中开展遥感勘测，可以很好的弥补这方面的不足。122 遥感技术为发现各种不良地质现象提供最为有效和方便的途径。在一条较长的公路的遥感勘测中，特别是在山区等地质比较复杂的地区，有时会发现几百甚至上千处各种不良地质现象，如属于斜坡营力的滑坡、崩塌、溜坍、岩堆等；属于流水营力的泥石流、河岸冲刷、坡面冲刷等；属于溶蚀营力的溶蚀漏斗、落水洞、暗河、溶蚀洼地等；属于人工开挖的矿山采空区、小煤窑等。不采用遥感技术，就不可能全面揭示这些不良地质， 将来不仅会增加公路施工的难度和工程投资，同时也对公路养护和运营留下后患。123 修测既有资料上已经反映的断裂构造，包括位置、长度、规模、性质，查明断裂和线路方案的确切关系；发现新的断裂；结合公路工程地质勘测的要求，对较大规模的断裂就其破碎带宽度、构造岩特征、富水性及活动性等工程地质特征进行分析评价。124 有效查明主要地质问题，稳定路线方案。在勘测设计前期开展遥感勘测， 由于在较大的区域内获得了较为全面的工程地质信息，可以从宏观上发现测区的主要工程地质、水文地质问题，以及主要工程(长大桥梁、隧道、互通式立交等)存在的主要工程地质问题，为方案选择提供比较可靠的地质依据和比选意见。2 地质选线的原则及应用地质条件是工程建设中重要的影响因素，由于工程建设具有不可逆性，对环境的影响也不可逆，因此深入认识地质因素、重视地质条件并且尊重地质规律是地质选线最根本的原则。2.1 地质选线的原则2.1.1 避让的原则对不良地质进行任何工程处治，客观上均会造成经济投入，无论处治结果如何稳固，均存在理论上的安全问题，因此条件允许时对不良地质进行避让是最为经济、最为安全的方法，符合国家对自然灾害”防止结合、以防为主”的总体指导原则及防灾减灾总体精神的要求，是地质选线必须遵循的首要原则，只有在无法避让时，方可考虑进行工程处治。212 可行性原则山区公路由于受地形条件限制，很多情况下可能无法避让不良地质，因此选线时应首先摸清路线所穿越不良地质的类型、形状、规模、潜在危害等基本要素，尽量选择有利地形通过，保证现有技术经济条件下方案具有可行性。可行性原则是整个工程建设项目得以顺利竣工的基本保证，否则无论设计多么高明、组织多么精妙，均会因某些地段的无法实施而变得毫无意义。213 安全性原则随着人性化设计理念的深入人心，交通部明确要求工程建设必须体现”以人为本”的人文精神。确保工程项目各阶段人民生命财产的安全，是公路设计必须考虑的因素之一，这里所说的安全有两层含义：一是施工阶段的安全，二是后期营运阶段安全(即行车安全及工程构造物安全)，缺一不可。214 经济性原则山区公路建设投资巨大， 在国民经济发展水平尚不高的现阶段，降低造价、节约投资是确保项目顺利实施的基本保证，是建设过程中必须重视的一个重要因素，因此，为了达到不良地质处治工程量小、投资省、养护费用低的目的，必须贯彻地质选线。215 可持续发展原则西部山区公路近期交通量往往不大，建设资金往往受限，常常采取”一次规划、分期实施”的建设方式，因此路线设计时应考虑在一次设计的基础上，提出便于与二期工程衔接的配套措施，对于不良地质地段，尤其应进行整体统筹规划，既考虑一期工程的实施，同时还应为二期工程留下空间，确保一、二期工程的有效实现和整体功能实现。3 遥感图像处理1) 图像恢复处理。主要是对遥感图像进行辐射校正、几何校正、大气校正等各种校正处理。2) 图像增强处理。为了突出需要解译的地质信息, 增强处理的方法有彩色增强、反差扩展、滤波增强、比值增强、主成分分析等。3) 图像融合处理。与单源遥感影像数据相比, 多源遥感影像数据所提供的信息具有冗余性、互补性和合作性, 将同一地区的多源遥感影像数据加以智能化合成, 能够获得比单一信源更精确、更完全、更可靠的估计和判断。4 遥感图像三维可视化模型的应用1) 断裂构造。断裂的构造标志包括断裂破碎带、构造不连续现象以及岩浆活动的直线状分布等。它们在遥感图像上表现为忽宽忽窄、时隐时现, 断续延伸很远。活动构造按其形态可以分为两种类型: 一类是线性的, 如活动断裂; 一类是块状的或环状的, 如新隆起。它们的形态特征都需通过色调、地貌、水系等标志的综合分析才能揭示出来。2) 滑塌、岩堆。滑坡的判释主要是通过形态、色调、阴影、纹理等进行的。典型的滑坡在航片上的判释特征包括簸箕形( 舌形、不规则形等) 的平面形态、滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌、滑坡裂缝、滑坡鼓丘、封闭洼地等。岩堆在航片上可按其分布部位、外表形态和色调等加以判断。3) 泥石流。通过遥感图像解译, 可确定泥石流沟、圈划流域边界、泥石流沟的整个通路路径长度、堆积扇体大小与形状、圈划流域范围内的不良地质现象。4) 软土和沼泽。沼泽位于平坦洼地处, 影像呈黑色 浅黑色色调, 轮廓线明显, 软土影像色调不象沼泽那样呈黑色或较深色,相对而言色调较浅, 呈灰色色调者居多。5 公路地质选线的方法和步骤5. 1 遥感地质选线流程( 见图1)5. 2 路线走廊带选择采用分辨率不低于30 m 的航天遥感图像, 概略了解区域地形、地貌、岩性、地质构造, 解译出大的地质现象, 从工程地质、水文地质、环境地质角度综合分析比选, 从而选出地质条件较优的路线走廊带。5. 3 路线方案选择选择分辨率10 m 30 m 的卫星图像数据, 采用遥感数据融合方法以提高解译的准确度。解译路线走廊带中的断裂构造、大型滑坡、崩塌等不良地质现象。与路线有关的重大不良地质现象都应进行野外论证, 评价路线经过的地层、岩性及不良地质与特殊岩土, 尤其要对大型桥梁或隧道选址的地质条件进行综合分析论证。在以上工作的基础上确定路线方案。5. 4 路线方案优化比选采用1 m 3 m 分辨率的航天遥感图像数据, 或1 50 000 的航空遥感图像, 在以前工作的基础上, 进一步查清路线的地质条件、不良地质分布范围及其对公路工程的影响。解译的内容有:水系、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、不良地质及特殊性岩土、第四纪地质等。为了排除影像中的假象造成的错误, 还需对解译结果进行野外实地确定。在初步查明全线工程地质、水文地质的基础上, 从地质角度对路线方案做出评价。5. 5 公路地质选线方法由于公路经过地区地质条件的复杂性, 尤其在山区地形地貌的多样化, 使得地质选线问题更加突出, 根据山区公路的特点选线时要注意以下两点:1) 沿河线选线需深入研究的问题是: 该河谷形成的地质背景和稳定性如何, 是否适宜布线和如何选择线位。路线一般应布设在地质构造不发育且岩层倾向山体一侧, 避开岩石破碎, 尤其是易滑岩性组合构成的岸坡。河岸选择时应比较两岸地形、地质、水文条件, 充分利用有利的一岸。由于凸岸往往地质病害不发育且谷坡平缓, 尽量在凸岸平缓的阶地布线, 避免在凹岸布线以避免水流冲刷。在新构造运动活跃, 河流下切强烈, 两岸堆积层发育的路段, 路线应尽可能选择在地形平缓、堆积层厚度不大且上方汇水区较小的位置通过。如果是在断裂带, 应将路线放在上盘或下盘中较稳定的盘上。线路应避免大填大挖, 力求避免破坏岸坡的平衡状态。山区江河溪谷水文流态与工程地质条件密切相关, 互相制约,互相影响。河道曲线外侧( 凹岸) 地形, 工程地质条件较差; 内侧( 凸岸) 地形, 工程地质条件较好。水文流态曲线曲率越小, 规模越大, 转角越小, 线形越顺, 凹岸整体岩体相对风化破碎, 工程地质条件整体普遍相对较差; 水文流态曲线曲率越大, 规模越小, 转角越大, 河道越曲折, 两岸工程地质条件整体普遍较好; 水文流态面越大, 河道越宽, 水流速度越慢, 两岸台地越平坦宽阔, 整体岩体风化破碎越严重, 相反则好。依据水文流态与两岸不良地质的间接关系, 确定水文地质条件, 从而拟定路线线位, 使得选线过程更加快捷、合理。2) 越岭线垭口选择时应注重垭口的地质条件, 垭口地区通常地质构造薄弱, 常有不良地质存在, 应深入调查其性质, 对软弱层型、构造型和松软土侵蚀型垭口, 只要注意到岩层产状及水的影响, 路线通过一般问题不大。对断层破碎带型及断层陷落型垭口, 一般应尽量避免通过, 必须通过时应查清破碎带的大小及程度, 选择有利的位置通过, 采取设置挡土墙、明洞等工程措施以保证路基稳定。地质条件的好坏影响过岭标高的选择, 地质条件较好时可以采用深路堑或隧道通过, 从而降低过岭标高、减少路线曲折程度。路线展线时应尽量把路线布设在地质条件好的山坡上, 尽可能选择在岩层倾向山体、地质构造不发育、地形坡度较缓、病害较少的一侧。避开区域性大断裂带或挤压带、断裂交汇的部位、侵入体与围岩接触的部位, 越岭线的走向应避免在区域性大断裂或褶曲轴向带以及与其平行的影响带。必须通过时宜与断层垂直或大角度通过, 在由于地形限制不能绕避不良地质时, 要采取防护和整治措施, 避免潜在的易产生滑塌的地段。6 结语公路是线形构造物, 沿途要经过各种各样复杂的地质环境,采用传统的地质勘察方法不仅要花费大量人力物力并且不能反映大范围内的地质状况, 不利于路线方案的对比研究。遥感地质解译成果较精确地反映了公路沿线的地质情况, 为路线方案选择和优化提供依据。选线要充分考虑地质环境的稳定