基于地質(zhì)遙感技術(shù)的水工環(huán)工程施工研究

符長亮

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四O 七地質(zhì)隊(duì)，湖南 懷化 418000）

水工環(huán)工程施工一直是工程施工中的難點(diǎn)問題，必須引起相關(guān)部門的重視。因此，水工環(huán)工程施工研究是極具現(xiàn)實(shí)意義的，針對(duì)水工環(huán)工程施工研究并不罕見，但均沒有取得實(shí)質(zhì)性的成效。由于傳統(tǒng)的水工環(huán)工程施工過程中，沒有水工環(huán)高分辨率遙感影像的支持，導(dǎo)致水工環(huán)工程施工中誤差高，水工環(huán)工程施工精度低。地質(zhì)遙感技術(shù)作為一項(xiàng)新興的探測技術(shù)，具有覆蓋面積廣、精度高、周期短、獲取數(shù)據(jù)速度快以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，一經(jīng)研發(fā)，在資源考察、地圖測繪以及氣象觀測等各大領(lǐng)域中取得了良好的應(yīng)用效果。基于此，本文將地質(zhì)遙感技術(shù)應(yīng)用在水工環(huán)工程施工中，并通過基于地質(zhì)遙感技術(shù)設(shè)計(jì)一種新型水工環(huán)工程施工方法，致力于降低水工環(huán)工程施工中誤差，從根本上提高水工環(huán)工程施工的精準(zhǔn)度。

1 水工環(huán)地質(zhì)工作現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國國土資源部以及地質(zhì)相關(guān)部門正在積極的開展地質(zhì)勘查工作改革，其改革的中心思想為“樹立大地質(zhì)、大服務(wù)理念”，革新思想，摒棄以往的傳統(tǒng)思想，打破舊思想的束縛。對(duì)現(xiàn)有的地質(zhì)勘查方式與方法進(jìn)行創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變工作理念，不斷創(chuàng)新，不斷完善我國水工環(huán)地質(zhì)勘查工作技術(shù)。

現(xiàn)如今水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)遺跡工作地質(zhì)勘查工作早已與以往的地質(zhì)勘查工作發(fā)生了巨大的變化。自改革開放后，我國很多地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都十分的迅速，但這些經(jīng)濟(jì)的發(fā)展大都是以破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、自然資源為代價(jià)，為人們的生活與發(fā)展帶來巨大的影響，這時(shí)候，人們才認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境就是在保護(hù)自己生活的家園。人自然和諧相處、可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界發(fā)展的主旋律，我國水工環(huán)地質(zhì)勘查工作也應(yīng)該積極響應(yīng)社會(huì)發(fā)展的潮流，向可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。對(duì)與社會(huì)的發(fā)展與自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越多的沖突，使得水工環(huán)地質(zhì)勘查的工作量也在不斷增加。

2 地質(zhì)遙感技術(shù)

地質(zhì)遙感技術(shù)在本質(zhì)上是一種探測技術(shù)，能夠通過電磁波獲取高分辨率遙感影像[1]。通過高分辨率的商業(yè)遙感衛(wèi)星，提高空間分辨率，進(jìn)而獲得更加精準(zhǔn)的遙感影像分類結(jié)果。地質(zhì)遙感技術(shù)的基本原理就是通過物體的光譜特性，在同一光譜區(qū)分析其光譜反射的區(qū)別，進(jìn)而探測出潛在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性。

3 基于地質(zhì)遙感技術(shù)的水工環(huán)工程施工方法

基于地質(zhì)遙感技術(shù)的水工環(huán)工程施工方法整體流程，如圖1所示。

結(jié)合圖1 所示，下文針對(duì)圖中4 步主要流程進(jìn)行詳細(xì)研究。

3.1 采集水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)

為獲取水工環(huán)工程施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在水工環(huán)工程施工區(qū)域設(shè)置測量點(diǎn)，并將其作為水工環(huán)工程的結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)[2]。再通過地質(zhì)遙感技術(shù)對(duì)水工環(huán)工程施工區(qū)域進(jìn)行航測，通過地質(zhì)遙感技術(shù)獲取高分辨率遙感影像，利用高分辨率遙感影像中的特征點(diǎn)、線、面，確定水工環(huán)參數(shù)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，利用CC（Smart3D）軟件來確定水工環(huán)工程施工參數(shù)結(jié)構(gòu)的具體流程，其過程為：首先，加載高分辨率遙感影像，引入控制點(diǎn)以及相機(jī)參數(shù)；其次，采集pos 數(shù)據(jù)，獲取pos 數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，通過空三加密處理pos 數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)；最后，提取密集點(diǎn)云，利用地質(zhì)遙感技術(shù)精準(zhǔn)采集水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)。通過得到的水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)，為下文水工環(huán)工程施工提供基礎(chǔ)點(diǎn)位支持。為滿足水工環(huán)工程施工地質(zhì)遙感影像數(shù)據(jù)高分辨率、清晰的要求，將像素大小設(shè)為最大值，為2560×1920[3，4]。采集水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)的具體流程為：首先，將高分辨率遙感影像，導(dǎo)入MapGIS 地圖編輯器，點(diǎn)擊MapGIS 地圖編輯器菜單中的矢量化選項(xiàng)，自動(dòng)進(jìn)行遙感影像矢量化處理；而后，通過MapGIS 地圖編輯器中的拓?fù)洳殄e(cuò)功能，對(duì)水工環(huán)工程施工圖進(jìn)行拓?fù)洳殄e(cuò)；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)水工環(huán)工程調(diào)查具體參數(shù)，對(duì)高分辨率遙感影像進(jìn)行賦值；最后，得到有顏色、紋理清晰的水工環(huán)工程施工遙感圖。水工環(huán)工程施工遙感成像幾何示意圖，如圖2 所示。

圖2 水工環(huán)工程施工遙感成像幾何示意圖

圖2 中，M1、M2、M3分別表示為衛(wèi)星在地面獲取到的水工環(huán)地質(zhì)圖像，由O 點(diǎn)返回的信號(hào)，N1、N2和N3表示為從O 點(diǎn)傳輸路徑返回的信號(hào)。為最大限度上降低水工環(huán)工程施工遙感影像數(shù)據(jù)的誤差，需要將遙感影像顏色較淺的區(qū)域以1:50000 的數(shù)字柵格地形圖按公里進(jìn)行網(wǎng)格校正，對(duì)不在網(wǎng)格內(nèi)的部分進(jìn)行剔除[5，6]。考慮到在采集水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)過程中，很容易出現(xiàn)偏離性中誤差，這就可以通過動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行調(diào)整，從而滿足水工環(huán)工程施工對(duì)于數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的需求。

3.2 設(shè)置水工環(huán)工程施工鉆孔

以采集到的水工環(huán)工程施工數(shù)據(jù)為依據(jù)，設(shè)置水工環(huán)工程施工鉆孔。水工環(huán)工程施工鉆孔設(shè)置時(shí)，若面臨復(fù)雜地形條件時(shí)，必須加密施工鉆孔布設(shè)點(diǎn)。首先，排除取樣的偶然性，可以按照水工環(huán)工程建筑物周邊線以及角點(diǎn)布置。由于水工環(huán)工程施工會(huì)對(duì)建筑范圍內(nèi)的主要受力層產(chǎn)生影響，當(dāng)下臥層起伏較大時(shí)，必須在原有兩個(gè)施工鉆孔中間增加一個(gè)施工鉆孔，查明水工環(huán)地質(zhì)信息具體變化。在設(shè)置水工環(huán)工程施工鉆孔時(shí)，可以結(jié)合勘探手段，提高設(shè)置精度。一般情況下，水工環(huán)工程施工鉆孔設(shè)置間距大約在20m 至30m。

3.3 布設(shè)水工環(huán)工程施工控制網(wǎng)深度

完成水工環(huán)工程施工鉆孔設(shè)置后，還需要布設(shè)水工環(huán)工程施工控制網(wǎng)深度。在此過程中，需要結(jié)合水工環(huán)工程施工區(qū)域的地形條件，埋藏的河道、防空洞、孤石等對(duì)工程不利的埋藏物。針對(duì)存在埋藏礦物的位置不能用管樁，全部用沖孔樁進(jìn)行施工。大體確定水工環(huán)工程施工方案后，可以根據(jù)工作區(qū)臨近地塊的地層情況，將兩項(xiàng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，得出一個(gè)初設(shè)的施工控制網(wǎng)布設(shè)深度。根據(jù)初設(shè)的施工控制網(wǎng)布設(shè)深度進(jìn)行打孔試驗(yàn)，從而了解水工環(huán)工程施工區(qū)域的地層情況。

3.4 完成水工環(huán)工程施工

在布設(shè)水工環(huán)工程施工控制網(wǎng)深度的基礎(chǔ)上，依照施工控制網(wǎng)布設(shè)的規(guī)律，完成水工環(huán)工程施工。在實(shí)際操作情況下，初設(shè)的施工控制網(wǎng)布設(shè)深度會(huì)要求鉆進(jìn)到某一個(gè)地層，然后再加3～5 倍的樁徑。在水工環(huán)工程施工控制網(wǎng)布設(shè)操作中，進(jìn)而進(jìn)行有針對(duì)性的施工控制網(wǎng)布設(shè)。綜上所述，采用分層布設(shè)平面點(diǎn)的方法，降低觀測俯仰角使之達(dá)到規(guī)范要求。考慮到水工環(huán)工程施工方便，在重要部位布設(shè)3 個(gè)以上相互通視的平面點(diǎn)，經(jīng)野外踏勘后最終選定點(diǎn)位，布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)點(diǎn)。基于對(duì)以上兩個(gè)關(guān)鍵施工參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)定，完成水工環(huán)工程施工方案設(shè)計(jì)。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文實(shí)例分析選取某水工環(huán)工程實(shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，針對(duì)某水工環(huán)工程的勘查報(bào)告由A 市地建巖土工程有限公司提出。水工環(huán)工程勘查報(bào)告的具體結(jié)果，如表1 所示。

表1 水工環(huán)工程勘查報(bào)告參數(shù)信息

結(jié)合表1 信息，分別使用傳統(tǒng)施工方法以及本文設(shè)計(jì)后的施工方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的施工方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測試兩種施工方法的中誤差，共進(jìn)行7 次實(shí)驗(yàn)，從而評(píng)定施工精度更高的施工方案。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

將兩種施工方法下的中誤差進(jìn)行對(duì)比，中誤差對(duì)比結(jié)果，如下表2 所示。

表2 施工中誤差對(duì)比表

根據(jù)表2 可知，設(shè)計(jì)施工方法的中誤差明顯小于對(duì)照組，表明設(shè)計(jì)的施工方法在施工精度方面相比傳統(tǒng)施工方法具有明顯的優(yōu)勢。綜上所述，設(shè)計(jì)的施工方法有理由直接投入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

5 結(jié)束語

通過基于地質(zhì)遙感技術(shù)的水工環(huán)工程施工研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)水工環(huán)工程施工中存在的問題。由此可見，本文設(shè)計(jì)的施工方法是具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠全面指導(dǎo)水工環(huán)工程施工方法優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大地質(zhì)遙感技術(shù)在水工環(huán)工程施工中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對(duì)基于地質(zhì)遙感技術(shù)的水工環(huán)工程施工研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)水工環(huán)工程施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高水工環(huán)工程施工的科學(xué)性提供參考。