一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，該方法包括以下步驟：獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料；構(gòu)建三維遙感判釋空間場景；建立判釋標(biāo)志提取斷層信息；從斷層信息中篩選正斷層；提取正斷層理想斷層面上特征點；通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素。本發(fā)明的效果是能夠準(zhǔn)確量測正斷層產(chǎn)狀要素，全局性強，可靠性高，可為工程設(shè)計和建設(shè)提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，提高工程的安全性。
【專利說明】 一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工程地質(zhì)勘察技術(shù)，特別是涉及一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在地殼運動中，巖體受力發(fā)生斷裂，斷裂兩盤沿斷裂面有明顯的剪切滑動和位移，稱為斷層。其中上盤相對向下位移的斷層稱為正斷層。斷層對鐵路、公路、電力、水利、大型廠房等工程建設(shè)的安全有很大影響，尤其是受水平張應(yīng)力或重力作用而形成的正斷層，工程地質(zhì)條件更差。因此，查明正斷層的位置、產(chǎn)狀要素(走向、傾向和傾角)等形態(tài)特征，已成為長大線路工程地質(zhì)勘察的重要內(nèi)容之一。
[0003]正斷層產(chǎn)狀要素的量測，早期的方法是通過現(xiàn)場量測局部露頭產(chǎn)狀信息，通過大量地質(zhì)點的量測后，展繪到地形圖上再進(jìn)行產(chǎn)狀要素計算。這種方法存在容易出錯、計算困難和全局性差等問題，而且當(dāng)正斷層產(chǎn)狀只在分水嶺上出露時，現(xiàn)場量測是很困難的。近些年，隨著遙感探測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于遙感圖像處理和目視解譯相結(jié)合的二維遙感判釋方法，用于正斷層的勘察。但是，這種方法只能對正斷層進(jìn)行定性的判釋，無法對正斷層產(chǎn)狀要素進(jìn)行定量分析，很難達(dá)到工程建設(shè)安全和災(zāi)害治理的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行正斷層產(chǎn)狀要素量測中存在的問題，本發(fā)明推出一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，其目的在于，利用獲取的工程區(qū)遙感影像和數(shù)字高程數(shù)據(jù)構(gòu)建三維遙感判釋空間場景，進(jìn)行斷層的判釋和正斷層的篩選，提取理想斷層面上的特征點，通過空間量測和計算得到正斷層產(chǎn)狀要素，用于工程方案的比選、優(yōu)化和災(zāi)害防治。
[0005]本發(fā)明涉及的一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，技術(shù)步驟包括:獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料，構(gòu)建三維遙感判釋空間場景，建立判釋標(biāo)志提取斷層信息，從斷層信息中篩選正斷層，提取正斷層理想斷層面上特征點，通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素。具體方法如下:
獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料S1:獲取工程區(qū)成像分辨率高于3m的遙感影像數(shù)據(jù)、高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)圖等地質(zhì)資料；
構(gòu)建三維遙感判釋空間場景S2:對獲取的遙感影像進(jìn)行處理，利用獲取的數(shù)字高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，對數(shù)字高程模型和處理后的遙感影像進(jìn)行嚴(yán)格配準(zhǔn)和三維渲染處理，構(gòu)建三維遙感判釋空間場景；
建立判釋標(biāo)志提取斷層信息S3:基于三維遙感判釋空間場景，建立斷層判釋標(biāo)志，提取區(qū)域斷層信息；
從斷層信息中篩選正斷層S4:基于三維遙感判釋空間場景，沿提取的斷層沿線尋找斷層陡崖、斷層三角面等地形地貌特征，從斷層信息中篩選出正斷層；提取正斷層理想斷層面上特征點S5:選取正斷層理想斷層面，提取理想斷層面上不同高度、不同位置、不在同一直線上，能夠反映理想斷層面形態(tài)特征的三個特征點；
通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素S6:基于三維遙感判釋空間場景，獲取三個特征點的坐標(biāo)和高程信息，通過空間量測和計算獲取正斷層走向、傾向、傾角信息，得到正斷層的
產(chǎn)狀要素。
[0006]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
本發(fā)明能夠準(zhǔn)確量測正斷層產(chǎn)狀要素，全局性強，可靠性高，可為工程設(shè)計和建設(shè)提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，以提高工程的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法的流程圖。 [0008]圖2為本發(fā)明所述的正斷層產(chǎn)狀要素空間關(guān)系示意圖。
[0009]圖中:
51、獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料
52、構(gòu)建三維遙感判釋空間場景
53、建立判釋標(biāo)志提取斷層信息
54、從斷層信息中篩選正斷層
55、提取正斷層理想斷層面上特征點
56、通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法做進(jìn)一步說明。下述各實施例僅用于說明本發(fā)明而并非對本發(fā)明的限制。
[0011]圖1為本發(fā)明的基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，技術(shù)步驟包括:獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料S1、構(gòu)建三維遙感判釋空間場景S2、建立判釋標(biāo)志提取斷層信息S3、從斷層信息中篩選正斷層S4、提取正斷層理想斷層面上特征點S5、通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素S6。【具體實施方式】如下:
S1、獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料
獲取工程區(qū)成像分辨率高于3m的遙感影像數(shù)據(jù)，如分辨率為2.5m的SP0T5和ALOS衛(wèi)星影像、分辨率為2.1m的資源三號衛(wèi)星影像以及分辨率更高的數(shù)碼航攝影像。遙感影像應(yīng)帶有有理函數(shù)傳感器模型(RPC)參數(shù)。
[0012]高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)主要有大比例尺地形圖上等高線數(shù)據(jù)、高分辨率衛(wèi)星影像立體像對數(shù)據(jù)、機載激光雷達(dá)(LIDAR)獲取的高程數(shù)據(jù)。LIDAR數(shù)據(jù)應(yīng)帶有全球定位(GPS)V^性測量單元(IMU)等姿態(tài)定位參數(shù)。
[0013]獲取工程區(qū)地質(zhì)資料，主要包括地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖。
[0014]S2、構(gòu)建三維遙感判釋空間場景
對獲取的遙感影像進(jìn)行處理，利用獲取的數(shù)字高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，對數(shù)字高程模型和處理后的遙感影像進(jìn)行嚴(yán)格配準(zhǔn)和三維渲染處理，構(gòu)建三維遙感判釋空間場景。[0015]2:遙感影像處理
利用遙感圖像處理軟件進(jìn)行遙感影像的波段組合、幾何精校正、分辨率融合和無縫鑲嵌處理。
[0016]:1:數(shù)字高程模型的建立
數(shù)字高程模型是構(gòu)建三維遙感判釋空間場景的重要基礎(chǔ)。數(shù)字高程模型建立途徑主要有以下幾種:一是通過大比例尺地形圖上等高線數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型；二是利用高分辨率衛(wèi)星影像立體像對提取的高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型；三是利用LIDAR獲取的高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型。
[0017]通過大比例尺地形圖上等高線數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，其數(shù)據(jù)處理包括矢量化等高線數(shù)據(jù)和將矢量化結(jié)果進(jìn)行空間插值運算，一般的GIS軟件都可實現(xiàn)此操作。
[0018]利用高分辨率衛(wèi)星影像立體像對提取的高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，其數(shù)據(jù)處理包括圖像裁剪、斑點壓縮、圖像配準(zhǔn)，利用遙感圖像處理軟件完成數(shù)據(jù)處理。
[0019]利用LIDAR獲取的高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，其數(shù)據(jù)處理包括GPS/MU聯(lián)合平差計算、點云濾波、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，利用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件完成數(shù)據(jù)處理。
[0020]f對數(shù)字高程模型和處理后的遙感影像進(jìn)行嚴(yán)格配準(zhǔn)，進(jìn)行三維渲染處理，構(gòu)建
三維遙感判釋空間場景。該操作可在遙感圖像處理軟件中完成。
[0021]S3、建立判釋標(biāo)志提取斷層信息
基于三維遙感判釋空間場景，建立斷層判釋標(biāo)志。依據(jù)判釋標(biāo)志提取斷層信息，結(jié)合現(xiàn)場驗證對判釋結(jié)果進(jìn)行修改和完善，得到區(qū)域斷層信息。
[0022]X建立斷層判釋標(biāo)志
將獲取的地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖按圖上坐標(biāo)進(jìn)行幾何校正和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，使地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖與三維遙感判釋空間場景坐標(biāo)系統(tǒng)一致。
[0023]將地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖疊加到三維遙感判釋空間場景中，根據(jù)地質(zhì)圖上典型斷層的分布信息，在三維遙感空間判釋空間場景中，識別典型斷層對應(yīng)的遙感影像特征，建立斷層遙感判釋標(biāo)志。
[0024]斷層遙感判釋標(biāo)志包括直接判釋標(biāo)志和間接判釋標(biāo)志:直接判釋標(biāo)志包括斷層破碎帶的直接出露、地質(zhì)體被切割以及沉積巖地區(qū)地層的重復(fù)或缺失等；間接判釋標(biāo)志包括斷層三角面、斷層埡口、斷層溝谷等線性負(fù)地形，不同地貌單元的截然相接，水系變化的異常或突然拐彎等。
[0025]在三維遙感判釋空間場景中，將這些典型斷層遙感影像特征信息提取出來，得到區(qū)域斷層的判釋標(biāo)志。
[0026]:1提取斷層信息
依據(jù)建立的斷層判釋標(biāo)志，在三維遙感判釋空間場景中，通過目視解譯對工程區(qū)斷層進(jìn)行詳細(xì)判釋，得到斷層分布信息。將提取的斷層分布信息與地質(zhì)圖、構(gòu)造綱要圖上斷層分布信息進(jìn)行對比分析，對于存在明顯差異的斷層，進(jìn)行現(xiàn)場驗證。通過現(xiàn)場驗證對判釋結(jié)果進(jìn)行修改和完善，得到工程區(qū)斷層信息。
[0027]S4、從斷層信息中篩選正斷層 基于三維遙感判釋空間場景，沿提取的斷層沿線尋找斷層陡崖、斷層三角面等地形地貌特征，從斷層信息中篩選出正斷層。
[0028]正斷層沿線容易形成斷層陡崖、斷層三角面及斷陷盆地等地貌。在三維遙感判釋空間場景中，沿提取的斷層線尋找這些地貌類型，并將存在這些地貌類型的斷層標(biāo)記為正斷層。進(jìn)而從提取的斷層信息中篩選出正斷層。
[0029]S5、提取正斷層理想斷層面上特征點
選取正斷層理想斷層面，提取理想斷層面上不同高度、不同位置、不在同一直線上，能夠反映理想斷層面基本形態(tài)特征的三個特征點。
[0030]X:選取理想斷層面
理想斷層面即為正斷層沿線分布的產(chǎn)狀穩(wěn)定、表面平整、無小褶皺或斷層干擾的斷層陡崖、斷層三角面或斷陷盆地等。
[0031]在三維遙感判釋空間場景中，定位正斷層沿線產(chǎn)狀穩(wěn)定、無小褶皺或斷層干擾的斷層陡崖、斷層三角面等，標(biāo)記為理想斷層面。
[0032]:1提取特征點
提取理想斷層面上不同高度、不同位置、不在同一直線上，能夠反映理想斷層面形態(tài)特征的三個特征點。對于斷層陡崖，提取有一定高程落差和平面距離的特征點；對于斷層三角面，提取三個頂點附近的點作為特征點；對于斷陷盆地，提取盆地邊緣能反映斷層面形態(tài)特征的三個特征點。
[0033]S6、通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素
基于三維遙感判釋空間場景，獲取三個特征點的坐標(biāo)和高程信息，通過空間量測和計算獲取正斷層走向、傾向、傾角信息，得到正斷層的產(chǎn)狀要素。
[0034]X:獲取三個特征點的坐標(biāo)和高程信息
在三維遙感判釋空間場景中，讀取三個特征點的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)。最高點定義為A點，其坐標(biāo)和聞程表不為;次聞點定義為B點，其坐標(biāo)和聞程表不為);最
低點定義為C點，其坐標(biāo)和高程表示為
[0035].f建立空間幾何關(guān)系，計算斷層產(chǎn)狀要素
圖2為本發(fā)明所述的正斷層產(chǎn)狀要素空間關(guān)系示意圖。如圖2所示，從A點到C點做一直線，從B點做一水平線交線段AC于D點，B點與D點等高。線段BD的方向即為正斷層的走向。在三維遙感判釋空間場景中，以北方向為起始方向，量測出線段BD的方向，得到正斷層的走向。
[0036]圖2中，Bp D1和F1分別為B點、D點和F點在以C點高程為基準(zhǔn)的水平面上的投影點。過C點做平行于線段BD的水平射線CO。在線段BD上任選一點F，從F點向射線CO做垂線，交射線CO于點E，則線段F1E所指方向為正斷層傾向(箭頭所指方向，與走向垂直)。在三維遙感判釋空間場景中，以北方向為起始方向，量測出線段FE的方位角，即為線段F1E所指方向，得到正斷層的傾向。
[0037]如圖2所示，線段EF與線段EF1之間的夾角a為正斷層的傾角。夾角a可由下列公式計算得到:
【權(quán)利要求】
1.一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，該方法用于對正斷層產(chǎn)狀要素的量測，其特征在于，該方法包括如下步驟: 51、獲取工程區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料 獲取工程區(qū)成像分辨率高于3m的遙感影像數(shù)據(jù)、高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料； 52、構(gòu)建三維遙感判釋空間場景 對獲取的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用獲取的數(shù)字高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，對數(shù)字高程模型和處理后的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格配準(zhǔn)和三維渲染處理，構(gòu)建三維遙感判釋空間場景； 53、建立判釋標(biāo)志提取斷層信息 基于三維遙感判釋空間場景，建立斷層判釋標(biāo)志，提取區(qū)域斷層信息； 54、從斷層信息中篩選正斷層 基于三維遙感判釋空間場景，沿提取的斷層沿線尋找斷層陡崖、斷層三角面的地形地貌特征，從斷層信息中篩選出正斷層； 55、提取正斷層理想斷層面上特征點 選取正斷層理想斷層 面，提取理想斷層面上不同高度、不同位置、不在同一直線上，能夠反映理想斷層面形態(tài)特征的三個特征點； 56、通過空間計算得到正斷層產(chǎn)狀要素 基于三維遙感判釋空間場景，獲取三個特征點的坐標(biāo)和高程信息，通過空間量測和計算獲取正斷層走向、傾向、傾角信息，得到正斷層的產(chǎn)狀要素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，其特征在于:步驟S3中建立斷層判釋標(biāo)志的方法為:將獲取的地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖按圖上坐標(biāo)進(jìn)行幾何校正和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，使地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖與三維遙感判釋空間場景坐標(biāo)系統(tǒng)一致；將地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖疊加到三維遙感判釋空間場景中，根據(jù)地質(zhì)圖上典型斷層的分布信息，在三維遙感空間判釋空間場景中，識別典型斷層對應(yīng)的遙感影像特征，建立斷層遙感判釋標(biāo)志。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，其特征在于:步驟S5中提取特征點的方法為:提取理想斷層面上不同高度、不同位置、不在同一直線上，能夠反映理想斷層面形態(tài)特征的三個特征點；對于斷層陡崖，提取有一定高程落差和平面距離的特征點；對于斷層三角面，提取三個頂點附近的點作為特征點；對于斷陷盆地，提取盆地邊緣能反映斷層面形態(tài)特征的三個特征點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維遙感判釋技術(shù)的正斷層產(chǎn)狀要素量測方法，其特征在于:步驟S6正斷層產(chǎn)狀要素的計算方法為: φ獲取三個特征點的坐標(biāo)和高程信息 在三維遙感判釋空間場景中，讀取三個特征點的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)；最高點定義為A點，其坐標(biāo)和聞程表不為丨)；次聞點定義為B點，其坐標(biāo)和聞程表不為);最低點定義為C點，其坐標(biāo)和高程表示為;②建立空間幾何關(guān)系，計算斷層產(chǎn)狀要素 從最高點A到最低點C做一直線，從次高點B做一水平線交線段AC于D點，B點與D點等高；線段BD的方向即為正斷層的走向；在三維遙感判釋空間場景中，以北方向為起始方向，量測出線段BD的方向，得到正斷層的走向； D1和F1定義為B點、D點和F點在以C點高程為基準(zhǔn)的水平面上的投影點；過C點做平行于線段BD的水平射線CO ;在線段BD上任選一點F，從F點向射線CO做垂線，交射線CO于點E，則線段F1E所指方向為正斷層傾向；在三維遙感判釋空間場景中，以北方向為起始方向，量測出線段FE的方位角，即為線段F1E所指方向，得到正斷層的傾向； 線段EF與線段EF1之間的夾角a為正斷層的傾角；夾角a可由下列公式計算得到:
【文檔編號】G01V8/02GK103698818SQ201410006660
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】劉桂衛(wèi), 李國和, 趙廣茂 申請人:鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司