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數(shù)據(jù)處理及信息提取方法

為了提高判讀的精度及效率，對衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行了輻射增強、灰度及線性拉伸等增強預處理，進行了幾何精糾正使衛(wèi)星影像與相關數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖相吻合［10］，在此基礎上創(chuàng)建基于DEM數(shù)據(jù)及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的三維判讀環(huán)境;而對于黑白航空影像數(shù)據(jù)，其比例尺一般都較大，低精度DEM數(shù)據(jù)不能滿足三維建模的要求，根據(jù)數(shù)字攝影測量的原理，進行航空影像數(shù)據(jù)的內(nèi)定向，相對定向，恢復相對的立體關系，建立真三維的航片判讀環(huán)境。不同尺度層次數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)均統(tǒng)一。在地質(zhì)信息提取過程中遵循從宏觀逐步過渡到微觀的判讀方法，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù)相結合，多尺度、多角度逐級提取地質(zhì)信息。

地質(zhì)遙感調(diào)查分析

中小比例尺衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)主要用于工作區(qū)宏觀背景的調(diào)查，從宏觀上初步查明控制線路方案的巖帶、構造、富水帶及主要不良地質(zhì)問題，滿足鐵路勘察預可研階段設計的需求;而大比例尺的航空影像或高分辨率的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)則是進一步詳查線路走向一定范圍的地質(zhì)情況，查明影響線路工程的不良地質(zhì)分布情況，滿足鐵路勘察初測階段設計的需求。地質(zhì)遙感調(diào)查按不同階段側重點的不同有以下幾個方面。

1構造的判釋

衛(wèi)星影像覆蓋范圍大的特點使地質(zhì)構造的解譯標志在影像上都比較明顯，褶皺構造一般呈現(xiàn)地層相間分布的特點，具有核部和翼部的景觀特征，而斷裂構造多呈線性負地形展布。經(jīng)遙感判釋，本工作區(qū)以褶皺構造為主，在衛(wèi)星影像上可識別的大型褶皺構造有數(shù)十條左右，在SPOT510m尺度影像中均具有典型特征，如分布于龍山縣的猛必向斜(圖2、圖3)，地層條帶呈北東向展布，核部呈負地形，而兩翼逐漸抬升，各地層間界線明顯。工作區(qū)內(nèi)斷裂構造多以褶皺過程中形成的半生斷裂為主，多呈現(xiàn)線性負地形展布或有強烈的地貌差異指示。

2巖性的判釋

巖性的判釋過程一般難度較大，特別是在植被覆蓋率較高的區(qū)域。巖性判釋具有明顯的區(qū)域性特點，不同地區(qū)的巖性判釋標志很難相互引用，應根據(jù)區(qū)域特點，通過遙感圖像的地貌狀況、紋理色彩、水系徑流、地表分化差異、植被覆蓋的迥異等綜合因素建立各時代地層的解譯標志［8］。本工作區(qū)廣泛發(fā)育有可溶性巖層，這是影響線路走向的主要因素之一。在衛(wèi)星影像上，與其他非可溶性巖層相比，可溶性巖層表現(xiàn)為典型的溶丘洼地、峰叢溝谷或峰叢洼地的景觀特征，山體一般呈串珠狀分布，地表水系則呈樹枝狀、格狀或角狀分布，并廣泛發(fā)育有巖溶漏斗等不良地質(zhì)現(xiàn)象。另外，同一可溶性巖層在影像上的解譯標志也呈現(xiàn)不同的特征，如可溶性三疊系巖層，巴東組(T2b)呈現(xiàn)為中低山地貌，有明顯地表水徑流，河網(wǎng)自由擺動，沖溝短陡，切割較淺;嘉陵江組(T2j)則呈現(xiàn)為典型的峰叢溝谷及峰叢洼地的景觀特征，廣泛發(fā)育巖溶漏斗;大冶組(T1dy)則呈現(xiàn)為大型峰叢地貌(圖4、圖5)。

3巖溶的判釋

巖溶發(fā)育廣泛是約束本線路工程布置的最核心因素。在中小尺度層次上對區(qū)域巖性及構造信息判讀查明可溶性鹽巖分布范圍及規(guī)律特點的基礎上，利用2.5m的SPOT5真彩色影像數(shù)據(jù)進行巖溶分區(qū)、匯水面積分析，針對重點區(qū)域，利用大比例尺黑白航片影像數(shù)據(jù)對區(qū)域內(nèi)發(fā)育的巖溶洼地、巖溶漏斗、暗河等巖溶不良地質(zhì)現(xiàn)象進行了詳細的調(diào)查。巖溶洼地在影像上一般呈封閉狀負地形，底部常附生有漏斗、落水洞等地表巖溶形態(tài)，本區(qū)域規(guī)模較大的溶蝕洼地主要分布于黔江的黑洞口、龍山縣茨巖塘鎮(zhèn)(圖6)、張家界的汪家寨、蔡家坪、芳石坪和桃園縣的康家峪、瓦兒崗一帶。巖溶漏斗在不同種類的影像上呈現(xiàn)不同的影像特征。在SPOT影像上巖溶漏斗呈現(xiàn)碟形、鍋形、紡錘形或圓錐形，在山區(qū)漏斗形態(tài)較完整，灌木叢生的漏斗底部色調(diào)為深綠色調(diào)，平坦地區(qū)受人為活動影響較大，開墾為耕地的漏斗底部為平滑的淺紅色調(diào)或者淺綠色調(diào);而航片上巖溶漏斗一般呈圓形、橢圓形或不規(guī)則形洼地，上大下小，立體觀察為錐形，多數(shù)被第四紀堆積物充填，或被辟為耕地，呈灰白色調(diào)，少量底部生長植被，呈深灰至淡黑色調(diào)。暗河是地下水位以下的溶洞，通過航衛(wèi)片判讀，結合衛(wèi)片數(shù)據(jù)可查明暗河的來龍去脈和展布規(guī)律，暗河常與干谷并存，如果干谷底部或沿背斜、向斜構造的軸部分布著一連串塌陷、漏斗、落水洞，則其下部可能有暗河的存在，其方向與漏斗、落水洞等的排列方向一致，有時可根據(jù)地表水系匯集的趨勢，推斷暗河的大致位置?；?a href="http://bjhyfc.net/lunwen/tlgclw/tlgcjslw/201306/752997.html" target="_blank">多源遙感影像數(shù)據(jù)及數(shù)字三維立體判讀平臺，經(jīng)過野外驗證，整個工作區(qū)共判釋出巖溶洼地107個、巖溶漏斗2350個，暗河進出口及泉點96個，巖溶湖25個。通過對各地層中巖溶不良要素分布數(shù)量進行統(tǒng)計分析，地層巖性是影響巖溶發(fā)育的最主要因素。工作區(qū)內(nèi)三疊系漏斗發(fā)育密度平均為10～20個/km2，部分區(qū)域發(fā)育密度大于30～35個/km2。巖溶漏斗、落水洞在厚層可溶性巖層中(如灰?guī)r)發(fā)育較完整，規(guī)模較大;在薄層可溶性巖層中(如含雜質(zhì)的白云巖)，只能形成較小的巖溶形態(tài)。構造對巖溶的發(fā)育影響也較大，巖溶漏斗、落水洞的長軸一般平行于斷層帶或向斜和背斜的軸部，受褶皺形態(tài)及斷裂的展布方向控制。通過中小尺度層次的地質(zhì)遙感調(diào)查可以初步了解工作區(qū)地層、構造的概況，在此基礎上，利用大比例尺黑白航片數(shù)據(jù)，對影響線路展布的重點區(qū)域或工點區(qū)域進行進一步詳查，形成多尺度層次的成果，不同尺度層次數(shù)據(jù)的互補來滿足不同勘察階段地質(zhì)調(diào)查的需求。

結論

采用多源遙感技術進行不同尺度層次地質(zhì)遙感信息的提取，能夠有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)不同尺度層次上數(shù)據(jù)的相互驗證、相互控制，滿足鐵路工程勘察各階段的需求。本文將遙感技術、數(shù)字攝影測量技術、地質(zhì)等信息進行融合，結合某新建鐵路地質(zhì)調(diào)查工作，針對不同影像數(shù)據(jù)建立不同的三維解譯環(huán)境，從宏觀到微觀循序漸進地提取地質(zhì)信息，探討了多源遙感數(shù)據(jù)及三維可視化技術在鐵路工程地質(zhì)遙感調(diào)查中的技術方法，實現(xiàn)了不同階段、不同尺度層次，不同角度成果資料的互補，取得了較好的判釋效果，有效提高了地質(zhì)信息提取的精度，形成了完整的線路工程地質(zhì)遙感調(diào)查模式。在今后還應加強高光譜影像數(shù)據(jù)及物、化、探等非遙感數(shù)據(jù)在鐵路工程地質(zhì)遙感調(diào)查中的應用，使地質(zhì)遙感調(diào)查的范圍延伸至地下深部，以提高判釋結果的精度，促進遙感技術在鐵路工程勘察中更大的應用。

作者：劉亞林單位：中鐵第一勘察設計院集團有限公司