三級遙感地質(zhì)在線路工程勘測中的應(yīng)用

譚光杰(西南電力設(shè)計院，四川 成都 610025)

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三級遙感地質(zhì)在線路工程勘測中的應(yīng)用

譚光杰
(西南電力設(shè)計院，四川 成都 610025)

摘要：本文基于《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》DL/T 5492 - 2014，解釋了遙感地質(zhì)工作的分級，較全面地論述了三級遙感地質(zhì)工作的概念，并利用谷歌公共影像平臺作了如何在架空輸電線路工程的巖土勘測中開展三級地質(zhì)遙感的舉例說明。

關(guān)鍵詞：三級遙感地質(zhì)；線路工程；谷歌地球。

1　架空輸電線路工程的特殊性

架空輸電線路工程屬于長距離線狀工程，同一工程既穿越了巍巍群山，也穿越了一望無際的平原，即同一工程穿越了眾多不同地貌單元。線路工程穿越區(qū)按穿越地貌單元的不同可以分成山區(qū)和平原。山區(qū)和平原的工程地質(zhì)條件有著本質(zhì)的不同，對線路工程而言，兩個區(qū)域有著不同的主要工程地質(zhì)問題：山區(qū)以塔位場地穩(wěn)定性問題為主，平原則主要為查明地基條件。

山區(qū)和平原的主要工程地質(zhì)問題不同決定了兩個區(qū)域需要采用不同的勘測手段。山區(qū)應(yīng)以工程地質(zhì)調(diào)查為主，平原區(qū)應(yīng)以工程鉆探、靜力觸探和土工試驗等手段為主。

由于種種原因，目前線路工程(尤其是特高壓線路工程)存在混淆山區(qū)和平原的區(qū)別的問題，將適用于平原區(qū)的勘測手段應(yīng)用到了山區(qū)。將查地基條件的手段應(yīng)用于解決穩(wěn)定性問題，得到的效果無異于緣木求魚。

工程實踐證明，工程地質(zhì)調(diào)查可以很好地解決山區(qū)塔位場地的穩(wěn)定性問題。

1.1路徑方案動態(tài)性

架空輸電線路工程不同階段的巖土工程勘測對象是不同的，可行性研究階段和初步設(shè)計階段是路徑方案，施工圖階段則變?yōu)樗粓龅亍?/p>

一般來說，架空輸電線路工程的起點和終點是確定的，但從起點到終點有多條路徑可供選擇見圖1，但受交通條件、軍事設(shè)施、城鎮(zhèn)規(guī)劃、自然風(fēng)景區(qū)和礦權(quán)設(shè)置區(qū)等多種因素的制約。制約因素越多，路徑方案存在動態(tài)調(diào)整的可能性就越高。

圖1　某工程可行性研究階段的路徑方案示意圖

1.2塔位場地不確定性

施工圖前各勘測階段是圍繞確保選定路徑方案在允許長度范圍內(nèi)能夠選出足夠多的適宜桿塔建設(shè)場地而展開的，塔位在施工圖完成定位前是不確定的。

塔位是如何從可能的立塔位置選出來的？不同專業(yè)有不同的回答。如果將塔位抽象為一個點，各專業(yè)研究的都是塔位點與其相鄰的點、線元和面域等的相對關(guān)系，區(qū)別僅在于點、線元和面域等對于不同的專業(yè)有不同的內(nèi)涵。對巖土專業(yè)而言，點、線元和面域是廣義工程地質(zhì)條件。據(jù)《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《遙感規(guī)程》)和工程實踐，典型的點、線元和面域?qū)ο蟀ǎ?/p>

點對象：滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害點，采石場、垃圾場、墳?zāi)埂⒋u瓦場、懸崖、陡壁、寺廟、佛塔、油庫等地物點。

線對象：斷層、褶皺軸線等地質(zhì)對象，河流、沖溝、泥石流等自然對象，山脊線、分水嶺、岸線、線狀水系等自然線狀地物，地面管道、索道、渡槽、傳輸皮帶、埋地管道、埋地光纜等人工線狀地物。

面域?qū)ο螅旱貙訋r性分布區(qū)是線路工程中最重要和最常見的面域?qū)ο螅V帶、探礦權(quán)和采礦權(quán)等礦權(quán)設(shè)置區(qū)、工業(yè)園區(qū)、自然保護區(qū)等人為設(shè)定的面域?qū)ο螅簧帧⒑础⑺畮臁⑺痢⒔印⒑车茸匀幻嬗虻匚铮麍@和苗圃等自然面域地物。

塔位就是依據(jù)塔位與點、線元和面域等三類對象的相對關(guān)系中選擇出來的。圖2、圖3和圖4分別展示了線路工程與典型的線元和面域的相對關(guān)系。

圖2　路徑方案與構(gòu)造線間的相對關(guān)系

圖3　路徑方案與礦權(quán)設(shè)置區(qū)等的相對關(guān)系

圖4　塔位與地層巖性面域的相對關(guān)系

1.3海量數(shù)據(jù)

架空輸電線路工程屬長距離線狀工程，短者幾百公里，長者數(shù)千公里。同一工程穿越了不同的地貌單元區(qū)、地層巖性區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)等，涉及到了工程地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害分布、礦權(quán)設(shè)置、人類活動等海量數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)當然可以分解表示成1.2節(jié)所述的點、線元和面域等各類對象。

海量數(shù)據(jù)如何集成與處理，一直是個難題。《電力工程工程地質(zhì)測繪技術(shù)規(guī)程》(送審稿)提出了“編譯工程地質(zhì)圖”概念，試圖解決海量數(shù)據(jù)集成與處理問題。所謂的“編譯工程地質(zhì)圖”是指通過轉(zhuǎn)繪區(qū)域地質(zhì)圖和實地復(fù)核而形成的工程地質(zhì)圖。本文隨后將論述編譯工程地質(zhì)圖集成的資料如何應(yīng)用于三級遙感地質(zhì)工作。

2　三級遙感地質(zhì)

在討論三級遙感地質(zhì)之前，有必要先明確遙感、遙感解譯、圖像處理和工程地質(zhì)條件等基本概念。因為，越是基本的概念，越容易被經(jīng)常提及，但內(nèi)涵越容易不同。

遙感：不接觸物體本身，用傳感器收集目標物的電磁波信息，經(jīng)處理、分析后，識別目標物、揭示其幾何、物理特征和相互關(guān)系及其變化規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。

遙感解譯：基于專業(yè)知識，運用解譯標志和實踐經(jīng)驗，借助各種技術(shù)手段和方法，從圖像上獲取技術(shù)信息并進行專業(yè)化表述。其近義詞有判讀、判釋等。

圖像處理：為便于識別遙感對象的技術(shù)屬性，利用計算機對影像進行幾何處理、灰度處理、特征提取、圖像增強等圖像信息加工。

工程地質(zhì)條件：與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)要素之綜合，包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)作用和天然建筑材料等六要素。

《遙感規(guī)程》依據(jù)采用影像的不同、資料豐富性、解譯對象的難易程度、解譯人員的專業(yè)程度和是否需要驗證等五因素將遙感工作劃分成了一、二和三等三個等級，見表1。

表1　遙感工作等級劃分

《遙感規(guī)程》對遙感工作的分級的條文說明是：“對遙感工作分級是為了事先能夠?qū)λ_展的調(diào)查工作有一個清楚的定位和合理安排，以便于組織實施并達到預(yù)期效果。實際操作中，可按先一級再二級后三級的順序篩選確定，定為一級工作的至少應(yīng)符合2條以上要求，定為二級工作的應(yīng)大部分符合要求，定為三級工作的應(yīng)全部符合要求。一級遙感除了工程本身可能重要外，也包括難度大、精度高、要求嚴的內(nèi)涵 ，需要遙感經(jīng)驗豐富的人員承擔(dān)，三級遙感則相對寬松，一般專業(yè)技術(shù)人員就可承擔(dān)完成。”

為便于進一步理解三級遙感工作，筆者對三級遙感的技術(shù)特點與要求做進一步的說明。

架空輸電線路工程一般沿既有電力走廊走線，可以利用已建工程的影像資料。已建工程的影像資料就是有既有影像資料。

地理信息系統(tǒng)，特別是公共地理信息系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，已經(jīng)快速發(fā)展，比如可以較為方便地利用谷歌地球、必應(yīng)地圖和雅虎地圖等公共平臺數(shù)據(jù)。

地區(qū)性資料豐富有兩重含義：一是具備1∶200000或更大比例尺區(qū)域地質(zhì)圖或區(qū)域水文地質(zhì)圖；二是已經(jīng)進行過工程地質(zhì)測繪或巖土工程勘測。兩者滿足其一，即可稱為已有資料充分的區(qū)域。

三級遙感解譯采用目視解譯法，滑坡、崩塌和泥石流等解譯對象可以直接判斷，不需要進行圖像處理。

一、二級遙感工作均由專業(yè)的遙感解譯人員完成，三級遙感工作則不需要，可由巖土工程師等技術(shù)人員完成。實際上是要求巖土工程師應(yīng)用地質(zhì)學(xué)原理識別圖像。

遙感地質(zhì)是一種間接勘測手段，需要到實地進行驗證。三級遙感不必如此嚴格，只需要得到定性的解譯成果即可，不必到實地驗證。但，這里應(yīng)當理解為在遙感解譯過程中不需要到實地驗證，不應(yīng)理解為整個勘測期間均不進行實地驗證。實際勘測中，解譯對象對工程有影響時，也應(yīng)實地驗證。

3　三級遙感地質(zhì)的應(yīng)用

3.1工程地質(zhì)條件集成

工程地質(zhì)條件集成可以采用編譯工程地質(zhì)圖的方法。地層巖性和地層構(gòu)造可以轉(zhuǎn)繪自區(qū)域地質(zhì)圖，已發(fā)現(xiàn)的滑坡、崩塌、泥石流等轉(zhuǎn)繪自縣(市)地質(zhì)災(zāi)害評估資料或已有工程資料，見圖5。

圖5　疊加了工程地質(zhì)條件的衛(wèi)星圖

圖5中紅色線為斷層，白色線為地層巖性界線，藍色線為路徑方案，圖釘為塔位位置。

3.2工程地質(zhì)條件要素解譯

工程地條件包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)作用和天然建筑材料等六個要素。本節(jié)只示例性地說明地形地貌、地層巖性、斜坡宏觀結(jié)構(gòu)類型和人類活動等廣義工程地質(zhì)條件的解譯方法。

(1) 地形地貌

可以從谷歌影像圖上直觀劃分地貌單元或微地貌單元。斜坡坡度、坡長、坡向等斜坡特征要素均可從影像圖上直接量測。實際工作中，可量測典型地貌單元的斜坡特征要素以了解整個工程穿越區(qū)的總體地形地貌特征。

從谷歌影像圖上不僅可以量測各種數(shù)據(jù)，還可利用谷歌地球的高度配置文件分析巖溶區(qū)的夷平面，見圖6。

圖6　夷平面解譯

(2)地層巖性

不同巖性區(qū)的影像特征有較明顯的區(qū)別，如砂(泥)巖區(qū)的條狀地形、灰?guī)r區(qū)的“冒泡”地形，見圖7、圖8。

圖7　砂(泥)巖區(qū)典型影像

圖8　灰?guī)r區(qū)典型影像

不同巖性區(qū)的不同影像特征需要總結(jié)地區(qū)經(jīng)驗。地層巖性界線一般轉(zhuǎn)繪自區(qū)域地質(zhì)圖，但可從影像上來驗證或復(fù)核地層巖性的準確性。

(3) 斜坡宏觀結(jié)構(gòu)類型

山區(qū)架空輸電線路現(xiàn)已全面采用不等高基礎(chǔ)，盡量不開挖或少開挖以減小對地質(zhì)環(huán)境的擾動。架空輸電線路塔位建設(shè)時絕大部分不必場平，即鐵塔是長期位于斜坡之上的。

塔位場地穩(wěn)定性基本等同于斜坡穩(wěn)定性，斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型直接決定了斜坡穩(wěn)定性。斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型有不同的分類標準，一般是依據(jù)斜坡穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)面與斜坡坡向的相對關(guān)系將斜坡分成順向、切向和逆向邊坡。沉積巖區(qū)，巖層層面無疑是斜坡穩(wěn)定性的控制性結(jié)構(gòu)面。

在谷歌影像圖上疊加了巖層產(chǎn)狀后，可快速判斷出斜坡的宏觀結(jié)構(gòu)類型，見圖9。

圖9　邊坡結(jié)構(gòu)類型解譯

(4) 滑坡、崩塌和泥石流等不良地質(zhì)作用

滑坡、崩塌和泥石流是山區(qū)線路工程穿越區(qū)最常見，也對塔位穩(wěn)定性和桿塔長期安全運行威脅最大的三類不良地質(zhì)作用。如果植被不發(fā)育，該三類不良地質(zhì)作用比較容易識別，見圖10、圖11。

圖10　滑坡和崩塌解譯

圖11　泥石流解譯

(5)人類活動

人類活動本身不屬于工程地質(zhì)條件，但人類活動可以改變工程地質(zhì)條件，所以人類活動對線路工程的塔位場地選擇與長期安全運行有重要影響。常見的人類活動有公路建設(shè)、水電站建設(shè)和礦山開采等。由于人類活動很大程度上改變了自然的協(xié)調(diào)性，很容易在影像上識別，見圖12。

圖12　公路解譯

3.3協(xié)同工作平臺構(gòu)建

目前架空輸電線路工程巖土工程勘測存在兩個比較大的問題：一是對現(xiàn)場工程師過于依賴，勘測質(zhì)量的優(yōu)劣很大程度上取決于現(xiàn)場工程師的業(yè)務(wù)水平；二是未能形成現(xiàn)場工程師與主管技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)同工作平臺，不能做到及時解決工作出現(xiàn)的問題。

地理信息技術(shù)的發(fā)展為解決上述兩個問題提供了可能。西南電力設(shè)計院正試圖構(gòu)建基于三級遙感工作平臺的協(xié)同工作機制。

4　結(jié)語

《電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)發(fā)布。隨著該規(guī)程的逐步施行，三級遙感工作將廣泛應(yīng)用于各類電力工程的巖土勘測中，特別是架空輸電線路工程將大有表演舞臺。

參考文獻：

[1]電力工程遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程(征求意見稿) [S]．2013．

[2]電力工程工程地質(zhì)測繪技術(shù)規(guī)程(送審稿)[S]．2014．

[3]西南電力設(shè)計院．巖土工程勘測報告[R]．成都：西南電力設(shè)計院，2009～2014．

Application of the Grade Ⅲ of Remote Sensing Geological Interpretation to Geotechnical Investigation in Transmission Line

TAN Guang-jie
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610025, China)

Abstract:On the basis of Technical Code for Remote Sensing Survey of Electric Power Engineering DL/T 5492-2014，this thesis discusses the work grades of remote sensing geological interpretation and describes the conception of the grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation. After that, it demonstrates how to apply the grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation to geotechnical investigation in overhead transmission line project. All the interpretation examples are given by using Google Earth.

Key words:grade Ⅲ of remote sensing geological interpretation; overhead transmission line project; google earth.

中圖分類號：P627

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913(2016)01-0016-05

* 收稿日期：2015-08-04

作者簡介：譚光杰(1974- )，男，重慶墊江縣人，高級工程師，國家注冊土木工程師(巖土)，從事巖土工程勘測工作。