打開「天空之眼」~多源遙感技術助力伊阿鐵路勘測

2022-02-01 鑄夢一院

    遙感,顧名思義,即遙遠的感知,是一種非接觸、遠距離的探測技術,被稱為「天空之眼」。利用遙感技術可以不受地面交通、環境等限制,快速的獲取目標的特性,實現對目標區的識別、判斷。鐵一院遙感技術應用最早可追溯至上世紀七、八十年代,目前已成功將多光譜遙感、高解析度遙感、熱紅外遙感、InSar、機載Lidar、低空航攝遙感等多源遙感技術成功應用於鐵路工程勘測設計中。

    愈是艱苦卓絕,愈是催人奮進,愈要開拓進取,愈要首重創新。遙感,便是創新的品牌,便是開拓的先驅,在伊阿線上,隨處可見她的「魅力」。

    新建伊寧至阿克蘇鐵路位於新疆自治區西部的伊犁哈薩克自治州、巴音郭愣蒙古自治州和阿克蘇地區,線路需兩次翻越天山:北側那拉提山,南側霍拉山,地形起伏強烈、地質環境複雜、不良地質發育,越嶺段山勢陡峭、溝谷深切、人跡罕至,交通條件極為不便,外業勘察難度極大。

測研院遙感技術人員拿出看家本事,手段齊出,利用航空攝影數據、高解析度衛星數據、熱紅外數據、雷達數據等多源遙感數據,採用目視解譯+自動提取的綜合分析法對沿線滑坡、危巖落石、活動斷裂、採空區、地熱等控制性要素開展了全面解譯提取研究,研究成果為前期鐵路選線勘測提供了重要的技術資料。

    鋼鐵巨龍在煌煌大漠中叱吒縱橫之時,遙感的「眼睛」早已穿越千縷雲霧、萬層星空,將整個世界盡收眼底。在鐵路勘測設計中,地形資料猶如大樓之基礎,準確獲取影像地形信息尤為重要,航攝組成員多次踏上千米高空,嚴謹細緻操控航攝儀器採集地表信息,經內業精密處理後為勘測人員奉上一手地形資料和高清遙感影像等「行路基石」。

    大場景遙感解譯,跨越了地面的障礙,縮短了空間的距離,讓專業人員在室內身臨其境的「排兵布將、指點江山」,準確「擒獲」每一處滑坡,「拿下」每一處泥石流溝,讓不良地質無處遁形。

    新源縣南部恰普河中上遊,核心區段30 km為無人區,道路不通,車輛及人員到達困難,資料分析該區段滑坡災害極為發育,對線路方案影響極大。鑑於此,遙感技術人員在既有解譯經驗及前期踏勘的基礎上,建立解譯標誌,利用測研院自主研發的黑科技—「高精度大場景三維立體影像模型」,開展精細化解譯識別,在恰普河左岸解譯出滑坡200餘處、泥石流溝10餘處,滑坡對線路方案影響明顯,成群發育,連續分布,結合區域地質資料,表明此區段整體為地表環境欠穩定區,線路方案需儘量繞避該區域。

    鞏乃斯河上遊雲杉挺立,山花綻放,北坡陡、南坡綠,被譽為新疆的綠色長廊,江山如畫卷般的峽谷風景,讓遊客大飽眼福,陡峭險峻的地形卻讓鐵路勘測人員面臨千難萬險。

    鞏乃斯河上遊獨庫公路區段,地形切割強烈,海拔較高,每年10月至次年5月積雪覆蓋,道路交通條件極差,現場調查難度較大且人員安全難以保證,為快速摸清該區域危巖落石、滑坡等不良地質發育情況,遙感技術人員利用高精度DEM數據,製作了該區段坡度渲染圖,結合高清航飛影像目視解譯,快速精確的圈定了區內危巖落石區分布的範圍、規模,經與地質組人員現場核實調查,圈定範圍準確度高,研究成果大幅提高了外業調查工作效率,減少了山勢陡峭地段調查工作量。 

    庫拜煤田,新疆四大煤田之一,煤炭資源儲量達上千億噸,為新疆地區提供了優質的煤炭資源補給,煤炭的採掘帶動了當地經濟的發展,卻留下了鐵路勘測的「攔路虎」—煤炭採空區。

    伊阿鐵路南端庫臺克力克至霍拉山山前,分布有庫拜煤田主要礦區—阿艾礦區,該礦區採礦可追溯至上世紀七十年代,開採深度數十米至數百米不等,地下分布著大量煤炭採空區,僅通過既有資料分析以及現場人力調查,難以在短時間內準確獲取該區段採空區塌陷信息。

    鑑於此,遙感技術人員採用InSar技術結合大場景精細化解譯,利用近四年的合成孔徑雷達數據開展地表變形監測研究,發現了多處不同程度的地表沉降區,最大沉降區與大場景解譯圈定的地裂縫發育區高度吻合,經現場核查,地表沉降區較準確的反映了礦區採空區塌陷範圍,有效的指導了該區域地質調查及線路方案的優選工作。

    提到溫泉,人們往往想到的是「桑拿、度假」等讓人放鬆、愉悅的場景,殊不知,溫泉代表的高地溫在鐵路隧道的施工、後期的運營中卻不是個善茬,「熱害」風險同樣讓鐵路勘測施工人員頭痛不已。

    資料分析顯示,在庫臺克力克北側或存在高地溫異常帶,遙感技術人員採用ETM熱紅外波段數據提取了該區域地表亮溫異常信息,在庫臺克力克北側圈定了一處近東西向延伸的地熱異常帶。經現場核實,異常帶內存在兩處明顯熱汽逸出桑拿屋,研究結果對該區域地溫異常具有明顯指示作用。

    遙感技術憑藉其高實效性、充足的信息量、廣闊的監測範圍、低成本等優勢,目前已成為我院鐵路前期選線勘測的一種重要技術手段,尤其在切割強烈的複雜山區、人煙罕至的交通不便區、構造發育的地質環境複雜區,利用遙感技術輔助外業工程地質勘察,可大幅降低外業調查工作量、節省人力物力,提高調查效率,「經濟、安全、可靠」,起著不可替代的作用。

巍峨天山踞新疆,

天眼遙感掌星空。

踏林海、跨雪原、展翅霄漢,

精解譯、準識別,助力勘測。

晝夜雕琢出精品,

伊阿現世勝龍蛇。

    鐵一院作為國內較早將遙感技術應用於鐵路勘測設計的單位之一,目前具備航空攝影測量、衛星數據獲取處理、全要素遙感解譯提取、高精度傾斜模型建立等遙感全流程技術實力。擁有由一大批博士、碩士為核心成員的遙感技術應用團隊,在川藏鐵路、天隴鐵路等國內鐵路幹線中發揮著重要的技術支撐作用。未來,在鐵一院高速發展的「天空地」一體化綜合勘察技術的背景下,多源遙感技術將更加全面、高效的服務於鐵路工程勘測設計中。

供稿|陳富強 宋明輝

部分素材提供|地路院

責任編輯|丁洋 李雪萌

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