CN112833862A - 一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法，属于铁路工程地质领域，包括地质信息感知模块、云平台和北斗地质调查终端；所述地质信息感知模块获取地质地貌数据，通过云平台中的地质调查模块、风险评估模块和高分综合服务模块进行解译、风险评估和成果管理、共享分发，回传至专题信息库；地质调查终端模块内置北斗定位芯片，地质调查人员手持终端，通过北斗定位、导航功能快速达到调查点，查看云平台中的地质解译成果，通过与现场对比，实现对初始地质解译数据的核对、更正和补充，通过4G/5G网络或无线网回传至云平台，在无网络覆盖区域采用北斗短报文方式传输。本发明实现了铁路地质调查的智能化、精确化以及自动化。

Description

一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统与方法

技术领域

本发明属于铁路工程地质领域，更具体地，涉及一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，我国铁路正逐步向西南山区、沙漠和戈壁等艰险、无人区发展，铁路施工建设难度和运营安全越来越受到关注。现阶段，通常铁路工程地质主要采用人工实地进行勘察，立足当前人工调查地质资料主要为纸质资料，但是地质资料存在年代久远、定位信息缺失等问题，加上地形地貌复杂、自然环境恶劣等因素，人工调查往往难以正常开展。

由于高分遥感图像所独有的宏观性、一定的穿透性、全面性、真实性以及丰富的地物、地质信息，能快速提供可靠的地形地貌、地质构造和地物判别的信息，同时高分遥感制图具有速度快、质量高、节省人力物力的技术优势。因此，近年来一直在致力于高分遥感图像在铁路工程中的应用研究和推广。

目前，高分遥感图像在铁路工程中的应用主要包含以下几个方面：

制作或更新1:10000、1:50000等小比例尺地形图，为铁路选线提供基础地图；(2)铁路工程地质遥感解译，辅助开展大范围地质调查，进行中型地质构造及不良地质的解译；(3)利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术，获取区域连续的面状地表变形信息；(4)利用高分遥感图像开展环境保护调查和监测；(5)利用高分立体像对获取高精度数字高程模型(DEM)或数字地面模型(DSM)，为铁路智能选线提供基础数据。

铁路工程建设和运营具有较强的专业性和行业特殊性，涉及的专业范围广、标准要求高、安全等级高和技术壁垒高等问题，但是，通过现有的高分遥感图像无法准确定位当前的地理位置，工务人员进行实地考察时往往存在地理位置的偏颇，严重影响工作效率，同时高分遥感图像的传输通常需要良好的网络环境，若出现网络异常则影响信息的时效性。另外，目前铁路地质调查普遍应用的卫星导航系统是美国的全球定位系统(GPS)，其数据安全保密性得不到保障。从国家长远战略角度考虑，铁路作为国家重要的行业，其信息数据受制于国外，也存在极大的安全隐患；上述原因对铁路运输的安全性存在严重的威胁。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法，旨在解决现有的铁路地质调查由于无法准确定位地质调查终端的位置，因此人工地质调查获取的地质形貌数据与高分遥感卫星拍摄获取的地质形貌数据存在很大的差异，导致铁路地质调查的精确度较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统，包括地质信息感知模块、北斗铁路时空信息云平台和北斗地质调查终端；北斗铁路时空信息云平台与北斗地质调查终端以4G/5G网络、无线网或北斗短报文的形式进行数据传输；地质信息感知模块支持向北斗铁路时空信息云平台传输数据，工作时北斗地质调查终端通过北斗定位和导航功能实地查看勘察点现场情况；

北斗铁路时空信息云平台利用高分遥感技术结合北斗导航技术，实现数据的统一接入汇集、组织存储管理和处理，并具备数据的时空可视化分析与展示能力；对地质形貌数据进行遥感解译，并通过专题的形式对解译数据进行实时共享分发；对铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估，通过专题图的形式进行信息的共享分发；利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库；

地质调查终端用于将通过人工地质调查采集的地质形貌数据以及北斗定位信息，对初始地质解译数据进行现场核对、修订和补充后，回传至北斗铁路信息云平台，并接收北斗铁路时空信息云平台通过无线方式或短报文形式传输的专题信息库。

优选地，北斗铁路时空信息云平台包括地质调查模块、地质风险评估模块和地质综合服务模块；

地质调查模块用于对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；并利用北斗定位技术获取北斗定位信息；

地质风险评估模块用于通过对铁路沿线环境的监测，利用自动解译与人工判读相结合的方式进行风险评估；

地质综合服务模块用于利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库。

更为具体地，地质调查模块针对优化选线的地质勘察工作，面对地质遥感的具体工作内容，根据工程地质遥感工作内容，用于对地貌、水系、底层岩性、地质构造、不良地质、水文地质、地表及地质体形变进行遥感解译；

地质风险评估模块针对铁路沿线地质灾害、自然灾害等，以及铁路边坡等，对铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估；

地质综合服务模块包括数据引接单元、数据处理单元、数据组织管理单元、数据可视化单元和数据共享分发单元，用于将解译数据和地质风险评估数据进行数据汇集、数据处理、数据组织管理、数据可视化和数据共享分发；数据可视化的形式为可视化的专题信息库，地质风险评估数据和地质调查模块解译后的数据均采用专题信息库的形式实现可视化，因此，地质综合服务模块为数据的共享分发提供了基础支撑，具备数据成果的时空可视化分析与展示能力。

优选地，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

基于上述本发明提供的基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统，本发明提供了基于北斗的高分遥感铁路地质调查方法，包括以下步骤：

基于对铁路沿线环境的监测，通过自动解译与人工判读相结合，获取地质风险评估数据；

对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；

基于地质风险评估数据和初始地质解译数据，利用北斗定位技术获取的北斗定位信息，获取初始专题信息库；

基于初始地质解译数据，利用北斗定位技术，北斗地质调查终端到达勘察点位置，获取人工地质调查的地质形貌数据；

将人工地质调查获取的地质形貌数据与初始专题信息库的地质解译数据进行对比，若存在偏差，则利用人工地质调查获取的地质形貌数据对地质解译数据进行核对、更正和补充；

将进行核对、更正和补充后的地质解译数据传输至北斗铁路时空信息云平台，获取最终的专题信息库。

优选地，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

优选地，地质形貌数据包括地貌、水系、底层岩性、地质构造、水文地质、地表和地质体形变。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

本发明提供的高分遥感铁路地质调查系统及方法，其中系统包括数据感知模块、北斗铁路时空信息云平台和地质调查终端，在地质调查终端采用北斗定位技术对地理位置进行精准定位，实现了高分遥感数据、无人机数据以及地面调查数据的引接、汇聚、处理、管理以及共享的分发，通过对铁路地质的解译与风险评估成果的实时、实地核对，并进行更准确、细致的更正和补充，位置匹配等，提高了地质调查的准确性和工作效率，大大降低铁路选线的成本。另外，通过采用北斗系统，实现国产技术完全替代外国技术，保证铁路行业数据安全。

本发明提供的基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法，若存在网络异常时，北斗定位系统可通过定位技术或短报文的形式将具体的北斗定位信息传输至地质调查终端；工务人员实地调查后，若发现实地结果与专题图不一致时，可及时在地质调查终端对专题图进行修改和补充，因此，本发明提供的具有北斗技术的地质调查终端为地质调查的效率以及准确性提供了有力的支撑。

附图说明

图1是本发明提供的基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统的示意图；

图2是本发明提供的北斗铁路时空信息云平台的内部结构数据交互图；

图3是本发明提供的地质综合服务模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明整体的技术方案概括为：提供一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法，其中，高分遥感铁路地质调查系统包括地质信息感知模块、北斗铁路时空信息云平台和北斗地质调查终端。通过高分遥感卫星、无人机和人工调查等“天地一体化”综合地质信息感知模块获取地质形貌数据；利用无线或北斗短报文等方式与北斗铁路时空信息云平台进行数据交互；在北斗铁路时空信息云平台中设置地质调查模块、地质风险评估模块和地质综合服务模块；将解译数据传输至专题信息库；北斗地质调查终端可以为手持PAD终端和智慧大屏等终端，通过无线网络与北斗铁路时空信息云平台进行数据交互，实现遥感影像数据的采集、专题数据库的快速接收、导航定位、现场信息采集与回传等功能，实时对地质解译信息进行位置匹配、补充和更正等。

本发明提供的基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法，实现了高分遥感数据、无人机数据和地面调查数据的引接、汇聚、处理、管理以及共享分发，通过地质信息感知模块实现数据的双向传输，上行与北斗铁路时空信息云平台互联，下行与北斗地质调查终端互通，打通高分遥感卫星数据的共享链路，融合北斗高精度定位信息，完成地质特征的精确解译，减少人工勘察的工作量，实现铁路地质调查的智能化、精确化以及自动化。

具体基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统及方法如下：

如图1所示，本发明提供了一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统，

包括地质信息感知模块、北斗铁路时空信息云平台和北斗地质调查终端；北斗铁路时空信息云平台与北斗地质调查终端以4G/5G网络、无线网或北斗短报文的形式进行数据传输；地质信息感知模块支持向北斗铁路时空信息云平台传输数据，工作时北斗地质调查终端通过北斗定位和导航功能实地查看勘察点现场情况；

所述北斗铁路时空信息云平台利用高分遥感技术结合北斗导航技术，通过功能模块实现数据的统一接入汇集、组织存储管理和处理等功能，并具备数据及成果产品的时空可视化分析与展示能力；对地质形貌数据进行遥感解译，并通过专题的形式对解译数据进行实时共享分发；对铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估，通过专题图的形式进行信息的共享分发；利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库；其中，围绕铁路工程地质遥感工作内容，重点针对地貌、水系、底层岩性、地质构造、不良地质、水文地质、地表及地质形变进行遥感解译。

地质调查终端用于将通过人工地质调查采集的地质形貌数据以及北斗定位信息，对初始地质解译数据进行现场核对、修订和补充后，回传至北斗铁路信息云平台，并接收北斗铁路时空信息云平台通过无线方式或短报文形式传输的专题信息库。

优选地，地质调查终端具备以下功能：

与北斗铁路信息云平台可进行无线传输，支持遥感影像数据的采集与接收，专题信息的接收，北斗定位，现场信息采集与回传等功能，通常情况下需具备便携功能。一般情况下，北斗地质调查终端可以选择安装有北斗定位功能的手持PAD终端和智慧大屏。

优选地，如图2所示，北斗铁路时空信息云平台包括地质调查模块、地质风险评估模块和地质综合服务模块；

地质调查模块用于对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；并利用北斗定位技术获取北斗定位信息；

地质风险评估模块用于通过对铁路沿线环境的监测，利用自动解译与人工判读相结合的方式进行风险评估；

地质综合服务模块用于利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库。

更为具体地，地质调查模块针对优化选线的地质勘察工作，面对地质遥感的具体工作内容，根据工程地质遥感工作内容，用于对地貌、水系、底层岩性、地质构造、不良地质、水文地质、地表及地质体形变进行遥感解译；

地质风险评估模块针对铁路沿线地质灾害、自然灾害等，以及铁路边坡等，对铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估；

如图3所示，地质综合服务模块包括数据引接单元、数据处理单元、数据组织管理单元、数据可视化单元和数据共享分发单元；用于将解译数据和地质风险评估数据进行数据汇集、数据处理、数据组织管理、数据可视化和数据共享分发；数据可视化的形式为可视化的专题信息库，地质风险评估数据和地质调查模块解译后的数据均采用专题信息库的形式实现可视化，因此，地质综合服务模块为数据的共享分发提供了基础支撑，具备数据成果的时空可视化分析与展示能力。

优选地，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

基于上述提供的高分遥感铁路地质调查系统，本发明提供了相应的基于北斗的高分遥感铁路地质调查方法，包括以下步骤：

基于对铁路沿线环境的监测，通过自动解译与人工判读相结合，获取地质风险评估数据；

对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；

基于地质风险评估数据和初始地质解译数据，利用北斗定位技术获取的北斗定位信息，获取初始专题信息库；

基于初始地质解译数据，利用北斗定位技术，北斗地质调查终端到达勘察点位置，获取人工地质调查的地质形貌数据；

将人工地质调查获取的地质形貌数据与初始专题信息库的地质解译数据进行对比，若存在偏差，则利用人工地质调查获取的地质形貌数据对地质解译数据进行核对、更正和补充；

将进行核对、更正和补充后的地质解译数据传输至北斗铁路时空信息云平台，获取最终的专题信息库。

需指出，通过智慧显示屏终端与地质调查系统获取的地质解译数据进行对比。

优选地，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

优选地，地质形貌数据包括地貌、水系、底层岩性、地质构造、水文地质、地表和地质体形变。

实施例

本实施例中地质形貌数据包括地貌、水系、底层岩性、地质构建、不良地质、水文地质、地表及地质体形变。

北斗铁路时空信息云平台包括地质调查模块、地质风险评估模块和地质综合服务模块；

地质调查模块重点对地貌、水系、底层岩性、地质构建、不良地质、水文地质、地表及地质体形变进行遥感解译，获取解译数据；

地质风险评估模块针对铁路沿线地质灾害频发的特点，针对铁路边坡等铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估，获取地质风险评估数据；

地质综合服务模块为共享分发提供基础支撑，包括数据引接模块、数据管理模块和数据可视化模块；实现对解译数据和地质风险评估数据的统一接入汇集和处理等功能，并具备数据的时空可视化分析与展示能力。

上述获取的所有地质形貌数据和地质风险评估数据构建为专题信息库，存储至地质综合服务模块。专题信息库通过无线传输方式传输至北斗地质调查终端，实际应用中工务人员可通过北斗地质调查终端监测整个铁路运输情况，若发现地质信息出现异常，则根据北斗定位终端采用北斗定位技术获取专题信息库对应的地理位置，工务人员根据北斗定位技术获取的地理位置进行实地采集地面调查数据，整个工务人员的行进情况也通过北斗定位技术获知，当地面调查数据与专题信息库反馈有所冲突时，工务人员可在地质调查终端补充相关的地质信息。

需指出，当工务人员所处的地理环境存在网络信号较差的情况时，通过北斗定位技术获知的地理位置可通过短报文的形式显示在地质调查终端。若地质调查终端处于非工作状态时，可通过开关断开与北斗铁路时空信息云平台的连接。

综上所述，本发明构建的基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统，实现了北斗铁路时空信息云平台与北斗地质调查终端的双向数据交换，能够实现“人-机-数”融合的智能化高分遥感地质调查信息服务，实现高分遥感数据、无人机数据以及地面调查数据的引接、汇聚、处理、管理以及共享分发。具体地，北斗铁路时空信息云平台作为中间媒介，上行可与地质信息感知模块互联，下行与北斗地质调查终端互通，实现了地质形貌数据和地面调查数据的共享与互补。融合北斗定位技术，完成地质特性的解译，减少了人工勘察的工作量，实现了铁路地质调查的智能化、精确化以及自动化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于北斗的高分遥感铁路地质调查系统，其特征在于，包括地质信息感知模块、北斗铁路时空信息云平台和北斗地质调查终端；北斗铁路时空信息云平台与北斗地质调查终端以4G/5G网络、无线网或北斗短报文的形式进行数据传输；地质信息感知模块支持向北斗铁路时空信息云平台传输数据，工作时北斗地质调查终端通过北斗定位和导航功能实地查看勘察点现场情况；

所述北斗铁路时空信息云平台利用高分遥感技术结合北斗导航技术，实现数据的统一接入汇集、组织存储管理和处理，并具备数据的时空可视化分析与展示能力；对地质形貌数据进行遥感解译，并通过专题的形式对解译数据进行实时共享分发；对铁路沿线环境进行全方位监测，通过自动解译与人工判读相结合的方式实现沿线风险评估，通过专题图的形式进行信息的共享分发；利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库；

地质调查终端用于将通过人工地质调查采集的地质形貌数据以及北斗定位信息，对初始地质解译数据进行现场核对、修订和补充后，回传至北斗铁路信息云平台，并接收北斗铁路时空信息云平台通过无线方式或短报文形式传输的专题信息库。

2.根据权利要求1所述的高分遥感铁路地质调查系统，其特征在于，所述地质形貌数据包括地貌、水系、底层岩性、地质构造、不良地质、水文地质、地表以及地质体形变。

3.根据权利要求1所述的高分遥感铁路地质调查系统，其特征在于，北斗铁路时空信息云平台包括地质调查模块、地质风险评估模块和地质综合服务模块；

地质调查模块用于对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；并利用北斗定位技术获取北斗定位信息；

地质风险评估模块用于通过对获取铁路沿线地质数据利用自动解译与人工判读相结合的方式进行风险评估；

地质综合服务模块用于利用初始地质解译数据、北斗定位信息和风险评估数据，获取可视化的初始专题信息库；并接收更正和补充后的地质解译数据，获取最终的专题信息库。

4.根据权利要求1或2所述的高分遥感铁路地质调查系统，其特征在于，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

5.基于权利要求1所述的高分遥感铁路地质调查系统的高分遥感铁路地质调查方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于对铁路沿线环境的监测，通过自动解译与人工判读相结合，获取地质风险评估数据；

对高分遥感卫星拍摄和无人机拍摄获取的地质形貌数据进行解译，获取初始地质解译数据；

基于地质风险评估数据和初始地质解译数据，利用北斗定位技术获取的北斗定位信息，获取初始专题信息库；

基于初始地质解译数据，利用北斗定位技术，北斗地质调查终端到达勘察点位置，获取人工地质调查的地质形貌数据；

将人工地质调查获取的地质形貌数据与初始专题信息库的地质解译数据进行对比，若存在偏差，则利用人工地质调查获取的地质形貌数据对地质解译数据进行核对、更正和补充；

将进行核对、更正和补充后的地质解译数据传输至北斗铁路时空信息云平台，获取最终的专题信息库。

6.根据权利要求5所述的高分遥感铁路地质调查方法，其特征在于，在网络异常的情况下，北斗地质调查终端支持接收短报文形式的专题信息，且支持以短报文形式发送北斗定位信息。

7.根据权利要求5或6所述的高分遥感铁路地质调查方法，其特征在于，所述地质形貌数据包括地貌、水系、底层岩性、地质构造、水文地质、地表和地质体形变。

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