利用3S技術(shù)優(yōu)化物探測(cè)地的方法研究

陳 亮,龐慶恒,崔志強(qiáng)

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 物化探研究所,河北廊坊 065000)

利用3S技術(shù)優(yōu)化物探測(cè)地的方法研究

陳 亮,龐慶恒,崔志強(qiáng)

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 物化探研究所,河北廊坊 065000)

在物探工作設(shè)計(jì)階段,主要參考測(cè)區(qū)的地質(zhì)圖和地形圖,進(jìn)行控制點(diǎn)的選取和測(cè)網(wǎng)的布置。但這些地形圖往往是七十年代、八十年代繪制的,隨著自然環(huán)境的變化,人類(lèi)活動(dòng)的改造,可能發(fā)生了很大的變化,如湖泊水位變化,居民點(diǎn)變遷、城市的擴(kuò)建、地質(zhì)災(zāi)害等。隨著“3S”集成技術(shù)的不斷成熟,可以利用帶地理參數(shù)的遙感影像對(duì)地形圖的變更部份進(jìn)行修正,充分利用G IS技術(shù)優(yōu)化測(cè)區(qū)的控制網(wǎng)建設(shè)和物探工作部署,進(jìn)行科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的物探工作部署,以達(dá)到提高物探工作的效率。

3S技術(shù);物探測(cè)地;優(yōu)化方法

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,將遙感(RS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)緊密結(jié)合起來(lái)的“3S”一體化技術(shù),已顯示出更為廣闊的應(yīng)用前景。物探測(cè)地亦稱(chēng)物探工程測(cè)量,它是應(yīng)用大地、航測(cè)與工程測(cè)量等方法,解決物探測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的三維定位問(wèn)題。在對(duì)新測(cè)區(qū)物探工作之初的工作設(shè)計(jì)階段,由于地質(zhì)工作本身的特征所致,要快速了解新測(cè)區(qū)的地質(zhì)、地形情況,往往非常困難。通常主要參考當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)圖、地形圖,但這些地形、地質(zhì)圖往往是七十、八十年代所繪制的,隨著自然環(huán)境的變化,人類(lèi)活動(dòng)的改造,可能發(fā)生了很大的變化(如湖泊水位變化,居民點(diǎn)變遷、城市的擴(kuò)建、地質(zhì)災(zāi)害等)。利用最新的遙感圖像、GIS建模技術(shù)如DEM的建立,模擬出測(cè)區(qū)的三位景觀(guān),能夠?qū)PS控制網(wǎng)建設(shè)和物探工作部署,進(jìn)行科學(xué)、合理的指導(dǎo),達(dá)到提高物探工作的效率。

1 利用RS技術(shù)更新地物信息

以?xún)?nèi)蒙某工區(qū)為例,作者在收集到工區(qū)地形圖后,通過(guò)搜集當(dāng)?shù)刈钚碌倪b感影像與測(cè)區(qū)地形圖,經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),所收集的地形圖年代較老,與實(shí)際情況存在很大差異,利用遙感影像上的特征點(diǎn)對(duì)其地理參數(shù)進(jìn)行校正,使其具有相同的坐標(biāo)系統(tǒng)和投影參數(shù),對(duì)二者進(jìn)行套合。

1.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

要利用遙感影像對(duì)地形圖進(jìn)行校正,首先要統(tǒng)一二者的坐標(biāo)系統(tǒng)。作者獲取的是ETM-741波段合成的假彩色遙感影像,采用莫卡托投影和W GS-84坐標(biāo)系統(tǒng),而地形圖采用的是北京54橢球參數(shù)和高斯克呂格投影。在知道了二者的坐標(biāo)系和橢球參數(shù)以及轉(zhuǎn)換參數(shù)(可以從當(dāng)?shù)販y(cè)繪局獲取或者利用工區(qū)附近的至少三個(gè)已知控制點(diǎn)求取)后,再對(duì)它們進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換、套合(如下頁(yè)圖1所示)。

1.2 更新地形圖

在統(tǒng)一遙感影像和地形圖的坐標(biāo)系統(tǒng)后,利用MAPGIS圖形處理功能對(duì)地形圖進(jìn)行校正。通過(guò)上述處理后的地形圖(見(jiàn)下頁(yè)圖2),發(fā)現(xiàn)了測(cè)區(qū)南部水庫(kù)的水位,居民點(diǎn)等地形圖在測(cè)繪時(shí)發(fā)生了很大的變化:

(1)現(xiàn)在的水位明顯比地形圖所顯示的低了很多,新增面積為1.5 km2。

圖1 遙感影像與地形圖坐標(biāo)統(tǒng)一后的套合圖Fig.1 Stackm ap of remo te sensing im ages and topographicm ap coo rdinates unifo rm ation

圖2 校正后的地形圖Fig.2 Topographicmaps after correction

(2)新增居民地三個(gè),面積為0.6 km2。

如果物探工作依據(jù)所收集的地形圖布置工作,顯然就會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。

利用GIS技術(shù)對(duì)地形圖上的地物信息進(jìn)行更新后的地形圖,在進(jìn)行后期工作的設(shè)計(jì)時(shí)能夠更加準(zhǔn)確。這里要說(shuō)明的是物探測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)也是利用GIS技術(shù)進(jìn)行的,專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)項(xiàng)目的任務(wù)書(shū),明確測(cè)網(wǎng)的網(wǎng)度、方位、范圍等要求后,根據(jù)測(cè)區(qū)的地質(zhì)、地形地貌情況,利用MAPGIS合理的布置每個(gè)測(cè)點(diǎn),對(duì)設(shè)計(jì)工作量進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì),通過(guò)帶地理信息的遙感圖像對(duì)地物信息進(jìn)行更新后,能夠減少工程實(shí)施階段的不可預(yù)知性,所設(shè)計(jì)的物探測(cè)網(wǎng)與實(shí)地情況吻合程度更好,使預(yù)算更合理。

2 GIS建立DEM模型及其應(yīng)用

2.1 數(shù)字高程模型概念

圖3 DEM模型Fig.3 DEM model

數(shù)字高程模型(D igital Elevation M odel,縮寫(xiě)DEM)是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X,Y)及其高程(Z)的數(shù)據(jù)集,它主要用于描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布,是通過(guò)等高線(xiàn)或相似立體模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(包括采樣和量測(cè)),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插而形成的。DEM是對(duì)地貌形態(tài)的虛擬表示,可派生出等高線(xiàn)、坡度圖等信息,用于與地形相關(guān)的分析應(yīng)用。

2.2 建立DEM模型

建立DEM的方法有多種。作者從現(xiàn)有地形圖上,用掃描儀半自動(dòng)采集后,利用GIS軟件矢量化。在等高線(xiàn)和高程點(diǎn),建立不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangular IrregularNetwork,簡(jiǎn)稱(chēng)TIN)。然后在TIN基礎(chǔ)上,通過(guò)線(xiàn)性和雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插建立DEM。利用G IS建立DEM可視化三維模型(如圖3所示)。

2.3 DEM模型的應(yīng)用

DEM模型的應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面:

(1)物探測(cè)網(wǎng)的布設(shè),測(cè)線(xiàn)往往要垂直于地質(zhì)體的走向。DEM三維模型,有利于測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員更直觀(guān)的認(rèn)識(shí)到地質(zhì)體的走向。

(2)利用GIS軟件,對(duì)DEM模型進(jìn)行圖切剖面(見(jiàn)圖4),可以根據(jù)圖切剖面選取利于野外工作的測(cè)網(wǎng)路線(xiàn),避開(kāi)測(cè)線(xiàn)垂直切割懸崖、跌水等難以通過(guò)地區(qū),降低野外工作的難度。

圖4 DEM模型地形剖面Fig.4 Topography p rofile underDEM model

(3)DEM模型能更加直觀(guān)地反應(yīng)工區(qū)內(nèi)海拔高程的分布,進(jìn)行水淹分析,可以?xún)?yōu)選工區(qū)內(nèi)的至高點(diǎn),有利于對(duì)控制測(cè)網(wǎng)布置進(jìn)行總體把握。

3 物探測(cè)地GPS-RTK工作方法

3.1 RTK工作原理

實(shí)時(shí)載波相位差分簡(jiǎn)稱(chēng)RTK,二臺(tái)接收機(jī)(一臺(tái)基準(zhǔn)站,一臺(tái)流動(dòng)站)都在觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。同時(shí),基準(zhǔn)站通過(guò)其發(fā)射電臺(tái),把所接收的載波相位信號(hào)(或載波相位差分改正信號(hào))發(fā)射出去。那么,流動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí),也通過(guò)其接收電臺(tái)接收基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)。在這二信號(hào)的作用下,流動(dòng)站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算,從而精確地確定基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間相對(duì)位置關(guān)系。

3.2 物探測(cè)網(wǎng)的實(shí)施

基于RTK工作原理,只要保證基準(zhǔn)站和移動(dòng)站保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈的暢通,在工作時(shí),基準(zhǔn)站可以架設(shè)在未知點(diǎn)上,這就為控制網(wǎng)的布設(shè)降低了難度。我們現(xiàn)在可以選取少量控制點(diǎn)建立在交通便利,視野開(kāi)闊的地方,這就大大節(jié)省了人力物力,也簡(jiǎn)化了后期的RTK放樣工作。

作者利用RS解譯出來(lái)的信息,把物探放樣工作分為二個(gè)區(qū)域:

(1)西區(qū)無(wú)植被覆蓋,主要為農(nóng)地,地形平坦。

(2)東區(qū)地形起伏較大,有植被覆蓋,放樣工作難度較大。

由于工區(qū)面積較小,共建立了四個(gè)點(diǎn)的E級(jí)控制網(wǎng)。

作者在東區(qū)選擇三個(gè)點(diǎn),在西區(qū)選擇一個(gè)點(diǎn)作為測(cè)區(qū)的控制點(diǎn),并建立了控制網(wǎng)(如圖5所示)。

采用南方的S80雙頻接收機(jī),進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量后,與國(guó)家控制網(wǎng)聯(lián)測(cè),最后解算出各控制點(diǎn)坐標(biāo)(見(jiàn)表1)。

表1 控制點(diǎn)坐標(biāo)Tab.1 Contro lpoint coordinates

圖5 工區(qū)控制網(wǎng)Fig.5 A rea contro l netwo rk

基于3S技術(shù)的優(yōu)越性,合理的控制布網(wǎng)可以使在后期的測(cè)網(wǎng)放樣工作能順利有序的進(jìn)行,整個(gè)物探測(cè)地工作可以在很短的時(shí)間內(nèi),就可高質(zhì)量的順利結(jié)束。

4 結(jié)論

作者在本文中分別闡述了RS修正地物信息,GIS建立DEM及其應(yīng)用,物探測(cè)地GPS-RTK工作法。在整個(gè)物探測(cè)地的工作中,3S技術(shù)相互關(guān)聯(lián)組合,優(yōu)化了物探測(cè)網(wǎng)的實(shí)施,解決了在物化探工程測(cè)量中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題,提高了快速勘查的可靠性和準(zhǔn)確度。隨著3S技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展,相信3S在資源勘查中有更廣闊的應(yīng)用空間。

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P 208

A

1001—1749(2011)01—0087—05

2010-06-08 改回日期:2010-11-02

陳亮(1985-),男,四川廣安人,助理工程師,現(xiàn)主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)物探解釋方法技術(shù)研究。