CN114580960A - 一种快速识别危岩落石的遥感分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速识别危岩落石的遥感分析方法。现有采用遥感手段辅助危岩落石调查的方法耗时长，且成本高。本发明包括获取调查区域DEM数据及遥感正射影像及地质资料；制作区坡度分区图，查询区域地层岩性类型；为各坡度区间、工程岩组赋值；确定坡度区间与工程岩组的权重系数；采用综合指数法，利用坡度系数、工程岩组、权重系数开展运算计算各区域综合指数，将指数值大于6区域判为危岩落石区；利用高清卫星正射影像，调整风险区范围；现场核实完善，开展现场调查核实，确认危岩落石范围。本发明能够低成本、快速、准确获取大范围区域内的危岩落石区位置、规模信息。

Description

一种快速识别危岩落石的遥感分析方法
技术领域
本发明属于遥感技术应用领域，具体涉及一种快速识别危岩落石的遥感分析方法。
背景技术
危岩崩塌落石是山区常见的一种不良地质现象，对铁路、公路前期设计选线、施工及后期运营维护影响较大，尤其在可行性研究阶段，摸清调查区域危岩落石发育位置、规模、范围是前期工程地质勘察重要工作之一，对线路方案展线设计、隧道口选取起明显的制约作用。传统的危岩落石调查方法主要通过现场人工勘察、观测，工作量大，且效率低、成本高、耗时长，存在较大的安全隐患。同时，危岩落石区多处于高陡边坡以及山崖区域，受视野局限影响，无法准确圈定危岩落石区范围信息，难以满足前期选线快速排查不良地质的要求。近年来，出现了多种采用遥感技术手段辅助危岩落石调查方法，主要通过机载、地面三维激光扫描获取点云数据，建立三维地表模型等可视化环境，开展危岩落石识别分析，但是仍存在耗时长、成本高、无人区地形复杂难以到达、航飞不确定性等问题，难以在短时间内获取大面积调查区内危岩落石分布信息。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种快速识别危岩落石的遥感分析方法，可快速、高效率识别大范围区域内危岩落区，解决在地形复杂的艰险山区，铁路、公路等工程在可研选线阶段危岩落石区调查困难、视野受限、人员安全难以保证的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种快速识别危岩落石的遥感分析方法，包括如下步骤：
步骤一：基础数据准备，收集、下载调查区DEM数据、卫星正射影像、区域地质资料；
步骤二：制作调查区坡度分区图，将坡度分为“>55°、55°～45°、45°～30°、<30°”四个区间；
步骤三：结合区域地质资料，根据表1查询区域地层岩性类型；
表1工程岩性组定性划分表
Figure BDA0003550762830000021
步骤四：参考相关规范，分别为各坡度区间、工程岩组两指标评分赋值；
步骤五：采用层次分析法，根据多次反复试验，确定坡度区间权重系数为0.67，工程岩组权重系数为0.33；
步骤六：采用综合指数法，计算各区域综合指数D，将指数值大于6区域判别为危岩落石区，所述综合指数D计算公式如下：
Figure BDA0003550762830000022
式中，Di为坡度区间权重系数或工程岩组权重系数；
Ai为坡度评分值或工程岩组评分值；
步骤七：利用高清卫星正射影像，调整危岩落石风险区具体范围；
步骤八：现场核实完善，对部分重点区，可能影响危害工程区域，开展现场调查核实，确定危岩落石范围。
具体地，所述步骤四中各坡度区间评分赋值见表2。
表2坡度系数定性划分表
坡度范围 坡度评分值
>55° 9
45°～55° 7
30°～45° 5
<30° 3
具体地，所述步骤四中工程岩组评分赋值见表3。
表3坡度系数定性划分表
Figure BDA0003550762830000023
Figure BDA0003550762830000031
本发明的有益效果：
1)本发明成本低，所采用的DEM数据，可通过网路下载收集或工程勘察初期获取地形图产生的附加产品，1:20万、1:5万区域地质资料均可免费或低成本收集；
2)本发明可在短时间内快速获取大面积目标区内危岩落石区的分布位置、范围、规模等信息，减少了大面积外业调查工作量，提高了工作效率；
3)本发明效率高，容易实施，可操作性强，不受调查区地形地貌、天气气候、现场环境的限制，可在前期室内准备阶段完成；
4)与传统大面积人工现场调查以及搭建三维地表观测模型解译方法对比，本发明准确度高，经过现场调查，圈定的危岩落石区准确度高，以12.5m ALOS PALSAR DEM数据、1:5万区域地质资料以及5m分辨率遥感影像组合为实例，可圈定出90％以上的危岩落石区，且数据精度越高，准确度越高；
5)本发明首次将DEM数据、地质资料与影像资料相结合，挖掘其交互后的二次价值，对于在我国高寒、高海拔艰险复杂山区、地形陡峭区、交通不便区，开展铁路、公路工程地质勘察选线具有非常重要的实际意义。
附图说明
图1为本发明操作流程图；
图2为具体技术方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
形成危岩崩塌落石的条件主要有地形条件、岩性条件、构造条件以及其他自然因素等，其中地形以及岩性条件为主控因素，地形高差大于30m,坡度大于45度坡面为形成危岩落石有利地形；坚硬的岩石，具有较大的抗剪强度和抗风化能力，易形成高陡边坡、凸起岩块等，是危岩落石主要源头，综合地形条件以及岩性信息，可基本识别危岩落石发育位置、范围。
本发明本发明通过“DEM数据处理+地质资料分析+正射影像修正+重点区调查验证”的方法手段，在室内完成大面积区域危岩落石区筛查圈定工作，配合适当的外业重点区调查验证，节省了大幅人力、物力成本，同事保障了工作人员安全，提供了工作效率。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
步骤一：基础数据准备，收集、下载调查区DEM数据、卫星正射影像、区域地质资料；
DEM数据主要指收集调查区既有DEM数据，包括卫星DEM数据、航飞LiDAR数据等，前者如12.5m的ALOS PALSAR DEM数据或其他分辨率更高的DEM数据，分辨率以2～15m为宜；
卫星影像指收集满足相应比例尺的卫星影像，主要指分辨率优于5m的卫星影像，或借助网络平台影像数据；
区域地质资料主要收集调查区1:20万、1:5万区域地质资料以及更大比例尺基础地质、工程地质等相关资料；
步骤二：制作调查区坡度分区图，将坡度分为“>55°、55°～45°、45°～30°、<30°”四个区间；
将DEM高程数据转化为坡度数据，其为危岩落石发生的最主要的控制因素；
在GIS等相关数据处理软件平台中制作调查区坡度渲染图；将坡度分为“>55°、55°～45°、45°～30°、<30°”四个区间，分别赋色；
步骤三：结合区域地质资料，根据表1查询区域地层岩性类型；
根据《工程岩体分级标准(GB/T 50218—2014)》岩石坚硬程度的划分标准，将岩石划分为5类岩组，见表1；
表1工程岩性组定性划分表
Figure BDA0003550762830000041
Figure BDA0003550762830000051
步骤四：参考相关规范，分别为各坡度区间、工程岩组两指标评分赋值；
1)坡度评分值
参考《地质灾害危险性评估规范(DZ/T 0286-2015)》，并根据多次反复试验，分别为坡度处于“>55°、55°～45、45°～30°、<30°”区域赋值，见表2。
表2坡度系数定性划分表
坡度范围 坡度评分值
>55° 9
45°～55° 7
30°～45° 5
<30° 3
2)工程岩组评分值
参考《地质灾害危险性评估规范(DZ/T 0286-2015)》，并根据多次反复试验，分别为坚硬岩岩组、较坚硬岩岩组、较软岩岩组、软岩岩组、极软岩岩组区赋值，见表3。
表3坡度系数定性划分表
工程岩组 工程岩组评分值
坚硬岩岩组 9
较坚硬岩岩组 7
较软岩岩组 5
软岩岩组 3
极软岩岩组 1
步骤五：采用层次分析法，根据多次反复试验，确定坡度区间权重系数为0.67，工程岩组权重系数为0.33；
步骤六：采用综合指数法，计算各区域综合指数D，将指数值大于6区域判别为危岩落石区，综合指数D计算公式如下：
Figure BDA0003550762830000052
式中，Di为坡度区间权重系数或工程岩组权重系数；
Ai为坡度评分值或工程岩组评分值，由表2或表3查询；
将定性判定危岩落石区转华为定量化计算提取；
步骤七：利用高清卫星正射影像，调整危岩落石风险区具体范围；
结合高清卫星正射影像，将部分坡面影像光滑、无“颗粒状、斑块状”区域剔除，调整危岩落石区的范围；加入人工干扰因素，提高了准确率；
步骤八：现场核实完善，对部分重点区，可能影响危害工程区域，开展现场调查核实，确定危岩落石范围。
本发明适用于公路、铁路等工程在前期可研选线阶段，快速排查危岩落石，主要基于DEM数据以及区域地质资料以及优于5m高清影像数据，通过处理运算可快速获取大面积范围内的危岩落石区分布情况，节省人力物力。
在资料充分、资金允许的情况下，当采用更高分辨率的DEM数据，如5m分辨率的DEM、机载LiDAR航飞数据等，制作更加精细的坡度分区图，可提高所圈定的危岩落石区精度；当采用更大比例尺区域地质资料如1:1万、1:5千基础地质资料，获得更加精细的岩性、工程岩组的分类，可提高所圈定的危岩落石区精度。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种快速识别危岩落石的遥感分析方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：基础数据准备，收集、下载调查区DEM数据、卫星正射影像、区域地质资料；
步骤二：制作调查区坡度分区图，将坡度分为“>55°、55°～45°、45°～30°、<30°”四个区间；
步骤三：结合区域地质资料，根据表1查询区域地层岩性类型；
表1工程岩性组定性划分表
Figure FDA0003550762820000011
步骤四：参考相关规范，分别为各坡度区间、工程岩组两指标评分赋值；
步骤五：采用层次分析法，根据多次反复试验，确定坡度区间权重系数为0.67，工程岩组权重系数为0.33；
步骤六：采用综合指数法，计算各区域综合指数D，将指数值大于6区域判别为危岩落石区，所述综合指数D计算公式如下：
Figure FDA0003550762820000012
式中，Di为坡度区间权重系数或工程岩组权重系数；
Ai为坡度评分值或工程岩组评分值；
步骤七：利用高清卫星正射影像，调整危岩落石风险区具体范围；
步骤八：现场核实完善，对部分重点区，可能影响危害工程区域，开展现场调查核实，确定危岩落石范围。
2.根据权利要求1所述的一种快速识别危岩落石的遥感分析方法，其特征在于：所述步骤四中各坡度区间评分赋值见表2。
表2坡度系数定性划分表
坡度范围 坡度评分值 >55° 9 45°～55° 7 30°～45° 5 <30° 3
3.根据权利要求2所述的一种快速识别危岩落石的遥感分析方法，其特征在于：所述步骤四中工程岩组评分赋值见表3。
表3坡度系数定性划分表
工程岩组 工程岩组评分值 坚硬岩岩组 9 较坚硬岩岩组 7 较软岩岩组 5 软岩岩组 3 极软岩岩组 1
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