CN110308492B - 一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，在沿弯曲铁路隧道地段分段进行面积性航空测量的基础上，进行反演得到各测线的航空物探反演数据，对反演数据进行网格化插值计算获得弯曲铁路隧道三维体元数据。对隧道中线进行等间隔插值或等间距分割，获得若干隧道中线坐标点，利用航空物探资料提取每个隧道中线坐标点海拔高程数据。对各个隧道中线坐标点进行深度赋值，利用相应坐标点地形海拔数据，生成隧道中线带海拔坐标系统，最后从隧道三维体元数据中提取隧道中线航空物探数据信息，从而得到隧道中线航空物探断面图。本发明能够快速、准确获得隧道中线航空物探数据信息，从而得到其准确的分析结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程地质勘察技术，具体地说是一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法。
背景技术
工程勘察的目的多为查明沿线路走向方向不良地质体的分布特征，特别是铁路隧道勘察更是如此。铁路隧道勘察通常采用可控源音频大地电磁法、音频大地电磁测量法（AMT）或大地电磁测量法（MT）等方法，沿铁路隧道走向进行测量即可完成相应的测量任务。但在复杂高山区或森林沼泽地带，由于地形、地貌复杂，高寒缺氧等原因，采用常规勘察方法很难取得好的成果，甚至还会出现大段资料空白。因此在复杂高山区线性工程勘察地段需要开展航空物探测量，采用航空物探可以弥补常规勘察手段的不足，是解决复杂高山区铁路隧道资料空白困难的最佳选择。在弯曲铁路隧道工程野外数据采集时，由于航空物探机载平台（直升机）的特殊性，必须沿直线飞行，所以数据采集必须根据弯曲铁路隧道线路走向开展分段、面积性测量，方可以取得好的勘察效果。
在弯曲铁路隧道工程勘察中，根据设计资料完成了分段、面积性航空物探数据采集、处理等，获得了全部设计测线的航空物探资料。但航空物探设计测线由于其特殊性，不能严格按弯曲铁路隧道线路走向进行测线设计，获得的测线航空物探资料并未真实反映隧道中线的实际航空物探资料，因此如何根据已获得航空物探资料提取隧道中线的资料成为急需解决的一个技术难题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，以解决在弯曲铁路隧道地段采取分段、面积性测量方式时无法获得真实的隧道中线航空物探资料的问题。
本发明是这样实现的：一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，包括以下步骤：
a.布置面积性航空物探测线，测线的控制宽度等于或稍大于隧道中线覆盖宽度；
b.沿着布置好的测线进行航空物探数据采集；
c.对获得的航空物探数据进行反演处理，获得测线航空物探反演数据；
d.对获得的测线航空物探反演数据进行网格化差值处理，获得弯曲铁路隧道地段的航空物探三维体元数据；
e.将隧道中线等间距插值或等间距分割，并提取隧道中线的各个坐标点；
f.根据航空物探的测量数据，提取隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据；
g.对隧道中线的各个坐标点由浅至深进行深度赋值，并利用隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据，得到最终隧道中线带海拔坐标系统；
h.利用隧道中线带海拔坐标系统，从三维体元数据中提取隧道中线航空物探数据；
i.对隧道中线航空物探数据进行网格化处理，获得隧道中线航空物探断面图；
j.利用隧道中线航空物探断面图进行地质分析。
其中，在步骤a中，测线共有若干条，测线之间的间距相同或不同。
在步骤b中，航空物探包括航空电磁法测量与航空磁法测量。
在步骤c中，对航空物探测量数据进行二维或三维反演，获取每条测线的反演数据。
在步骤e中，隧道中线上相邻坐标点的距离小于等于10米。
在步骤g中，对坐标点进行深度赋值时，采用与测线航空物探反演时垂直方向网格设置一致的方式，包括采用线性或几何递增的方式进行赋值。
在步骤g中，隧道中线各坐标点海拔为坐标点海拔高程与坐标点的深度赋值之差。
在步骤h中，对带海拔坐标系统以深度或海拔模式点对点提取隧道中线航空物探数据。
本发明是在沿弯曲铁路隧道地段分段进行面积性航空测量的基础上，进行二维或三维反演得到各测线的航空物探反演数据，对反演数据进行网格化插值计算获得弯曲铁路隧道三维体元数据。对隧道中线进行等间隔插值或等间距分割，获得若干隧道中线坐标点，利用航空物探资料提取每个隧道中线坐标点海拔高程数据。对各个隧道中线坐标点采用与航空物探反演时垂直方向网格设置一致的方式进行深度赋值，利用相应坐标点地形海拔数据，生成隧道中线带海拔坐标系统，最后从隧道三维体元数据中提取隧道中线航空物探数据信息，从而得到隧道中线航空物探断面图。
本发明能够快速、准确获得隧道中线航空物探数据信息，从而得到其准确的分析结果。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明弯曲铁路隧道中线平面及航空物探测线布置图。
图3是本发明弯曲铁路隧道地段视电阻率三维体元图。
图4是本发明弯曲铁路隧道中线插值分割示意图。
图5是本发明弯曲铁路隧道中线海拔高程图。
图6是本发明弯曲铁路隧道中线深度赋值示意图。
图7是本发明弯曲铁路隧道中线带海拔坐标系统。
图8是本发明弯曲铁路隧道中线航空物探断面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的步骤包括：
a.布置面积性航空物探测线，测线的控制宽度等于或稍大于隧道中线覆盖宽度；
b.沿着布置好的测线进行航空物探数据采集；
c.对获得的航空物探数据进行反演处理，获得测线航空物探反演数据；
d.对获得的测线航空物探反演数据进行网格化差值处理，获得弯曲铁路隧道地段的航空物探三维体元数据；
e.将隧道中线等间距插值或等间距分割，并提取隧道中线的各个坐标点；
f.根据航空物探的测量数据，提取隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据；
g.对隧道中线的各个坐标点由浅至深进行深度赋值，并利用隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据，得到最终隧道中线带海拔坐标系统；
h.利用隧道中线带海拔坐标系统，从三维体元数据中提取隧道中线航空物探数据；
i.对隧道中线航空物探数据进行网格化处理，获得隧道中线航空物探断面图；
j.利用隧道中线航空物探断面图进行地质分析。
其中，如图2所示，在布置面积性航空物探测线时，根据弯曲铁路隧道覆盖的宽度，共布置11条测线，11条测线的控制宽度达到了2.1km，完全覆盖了弯曲铁路隧道地段。具体在布置测线时，首先在隧道中线位置布置一条测线，然后以隧道中线为对称中心左右两侧各布置5条测线。测线距隧道中线的距离越远，测线之间的间距越大，测线间距分别为50m、100m、200m、300m和400m，即距隧道中线最近的测线与中间测线的间距为50m，且测线间距逐渐增加到最外侧测线与距其最近的测线之间的间距为400m。这样所有的测线所覆盖的宽度即为两个边缘测线之间的间距，该间距为2.1km，能够完全覆盖弯曲铁路隧道。
对布置好的测线进行航空物探，航空物探方法主要是航空电磁法与航磁测量等。对航空物探测量获得的数据采用相应的算法进行二维或三维的反演。反演时，设置网格的尺寸，使垂直网格的大小随着深度呈几何性增长，并以初始模型为基础设置电阻率范围、数据相对误差以及噪声，经过反演迭代获得航空测线反演电阻率结果。对航空测线电阻率结果进行网格化插值获得隧道地段三维视电阻率体元（如图3）。
反演时，反演中心网格尺寸为100m×100m×10m，垂直网格第一层厚度为3m，向下网格厚度按1.072的系数随着深度增加几何增长。反演时计算频率范围为25Hz-600Hz的倾子X分量的实部和虚部以及Y分量的实部和虚部，电阻率范围设置为1～100000Ω∙m，相对误差设置为20%，噪声设置为1%，经过多次叠加得到反演结果。
上述各个步骤是单独对航空物探测量得到的数据进行获取处理的过程，得到测线的航空物探数据后还需结合隧道中线进行进一步的处理。
首先根据隧道中线的线路设计资料，将隧道中线进行等间隔插值或等间距分割，用若干个坐标点将隧道中线等分，控制坐标点之间的间距等于或小于10米（如图4所示）。得到隧道中线上的坐标点后，根据航空物探测量资料，提取各个坐标点相应的海拔高程数据（如图5所示）。
如图6所示，采用与测线航空物探反演时垂直方向网格设置一致的方式，如采用线性或几何递增的方式对隧道中线的坐标点进行赋值。因为航空物探数据进行反演时采用的是几何递增的网格设置方法，所以隧道中线坐标点的赋值也采用几何递增的算法进行，坐标深度赋值第一层厚度为1m，几何增长系数为1.08，设置层数为100层。
如图7所示，对坐标点进行赋值后，计算每个坐标点海拔高程与其被赋予的深度值的差值，从而得到每个坐标点的海拔，形成隧道中线带海拔坐标系统。
对带海拔坐标系统以深度或海拔模式点对点提取隧道中线航空物探数据，对隧道中线航空物探数据进行网格化处理，获得隧道中线航空物探断面图（如图8所示），根据得到的隧道中线航空物探断面图就可以进行地质推断解释，获得不良地质体等信息。
Claims (8)
1.一种弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.布置面积性航空物探测线，测线的控制宽度等于或稍大于隧道中线覆盖宽度；
b.沿着布置好的测线进行航空物探数据采集；
c.对获得的航空物探数据进行反演处理，获得测线航空物探反演数据；
d.对获得的测线航空物探反演数据进行网格化差值处理，获得弯曲铁路隧道地段的航空物探三维体元数据；
e.将隧道中线等间距插值或等间距分割，并提取隧道中线的各个坐标点；
f.根据航空物探的测量数据，提取隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据；
g.对隧道中线的各个坐标点由浅至深进行深度赋值，并利用隧道中线各个坐标点相对应的海拔高程数据，得到最终隧道中线带海拔坐标系统；
h.利用隧道中线带海拔坐标系统，从三维体元数据中提取隧道中线航空物探数据；
i.对隧道中线航空物探数据进行网格化处理，获得隧道中线航空物探断面图；
j.利用隧道中线航空物探断面图进行地质分析。
2.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤a中，测线共有若干条，测线之间的间距相同或不同。
3.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤b中，航空物探包括航空电磁法测量与航空磁法测量。
4.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤c中，对航空物探测量数据进行二维或三维反演，获取每条测线的反演数据。
5.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤e中，隧道中线上相邻坐标点的距离小于等于10米。
6.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤g中，对坐标点进行深度赋值时，采用与测线航空物探反演时垂直方向网格设置一致的方式，包括采用线性或几何递增的方式进行赋值。
7.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤g中，隧道中线各坐标点海拔为坐标点海拔高程与坐标点的深度赋值之差。
8.根据权利要求1所述的弯曲铁路隧道中线航空物探数据提取方法，其特征在于，在步骤h中，对带海拔坐标系统以深度或海拔模式点对点提取隧道中线航空物探数据。
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