第３３卷第１期 物探化探计算技术 ２０１１年１月 文章编号：１０Ｏｌ一１７４９（２０１１）０１＿＿００７９＿＿０４ 遥感与ＧＩＳ技术支持下的机场选址与 工程地质分析 李天华 ，杨武年２ （１．成都空军勘察设计院，成都６１００４１；２．成都理工大学 遥感与ＧＩＳ研究所，成都６１００５９） 摘要：研究将“３Ｓ”技术（ＲＳ、ＧＩＳ、ＧＰＳ）应用到机场地址勘察中，主要是采用现代化遥感技术， 以最新遥感图像ＬＡＮＤＳＡＴ ＥＴＭ（最高空间分辨率１５ ｍ），ＳＰＯＴ图像（２．５ ｍ）和ＱＵＩＣＫＢＩＲＤ图 像（Ｏ．６１ ｍ）等作为信息源，通过遥感图像数据融合、数字镶嵌和影像增强等数字处理，制作不同 类型、不同波段和不同分辨率的正射遥感影像及正射影像地图，为机场工程地质勘察提供最佳图 像资料。通过遥感图像增强处理、信息提取及ＧＩＳ空间分析等，对研究区的地质构造，地质灾害 等进行解译。并借助ＧＰＳ进行野外现场调研，查明研究区地质构造的特征，尤其是隐伏断裂、活 动性断裂的分布，以及岩溶漏斗、洼地等水文地质现象，为小哨机场工程地质勘察工作提供了基 础资料。 关键词：“３Ｓ”技术；地质勘察；机场选址；正射影像 中图分类号：ＴＰ ７５ 文献标识码：Ａ （见下页）所示。 １ 机场概况 ２遥感图像数字处理 昆明小哨地区位于云贵高原中部，处于云南省 境内自西北向东南递降地势的第二大阶梯上。大 考虑要进行机场选址设计和工程勘察，作者选 部份地区海拔在１ ５００ ｍ一２ ８００ ｍ之间，最高点是 用了ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ图像、ＳＰＯＴ图像、ＴＭ图像，作为主 北部禄劝县拱王山脉的马鬃岭，海拔４ ２４７．７ ｍ； 要原始图像数据。 最低点是禄劝县则黑乡小河坪子东北１ ｋｍ处普渡 通过对原始遥感图像进行多波段数据融合，图 河与金沙江交汇点，海拔７４６ ｍ。该区内有二条主 像增强，正射精校正，高精度ＤＥＭ生成等处理，并 要山脉：①川西鲁南山脉越过金沙江南下的拱王山 调用ＤＥＭ中的高程信息和遥感图像展现的形状、 脉，蜿蜒盘旋于禄劝、富民、西山、安宁、晋宁等地， 色彩、质地等信息，将二种信息融合到一起，形成对 最高峰马鬃岭，海拔４ ２４７．７ １１３，为区内最高峰； 研究区地貌的三维可视化。从而提供可供反复使 ②与滇东北乌蒙山脉连接的梁王山脉，分布于嵩 用的真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观影 明、官渡、呈贡、宜良、石林等县区，最高峰海拔 像，使机场建设工作者在一种接近现实的虚拟环境 ２ ８３３ Ｉｎ。受主体构造线方向的控制，二条山脉走 中，进行机场选址设计，场区的构造地质、工程地 向近南北向。研究区大部份地形呈波状起伏，平均 质、环境地质等特征信息提取和综合评价。 海拔２ ０００ ｍ左右，平均自然坡度５。～８。，表现为 ２．１ 遥感图像正射精校正 丘陵略有起伏溶蚀平原和冲洪积平原。 由于正射校正可以消除投影差的影响，因此是 作者在本次研究的方案与技术思路，如图１ 卫星区域镶嵌图和标准地理分幅遥感图像制作的 基金项目：国家自然基金项目（６０８４１００６）；云南政府重点建设项目（２００７０６１６００９） 收稿日期：２０１０—０６～３０ 改回日期：２０１０—１１一Ｄ３ ８０ 物探化探计算技术 ３３卷 图１研究方案与技术思路 Ｆｉｇ．１ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒａｍｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｄｅａｓ 基础。正射精校正的原理和几何精校正差不多，但 到不同数据间的坐标配准，目的是将不同来源的同 地区的图像、地理要素，以及文字符号等数据，转 换到同一坐标系中＿６ｊ。作者在本文中是以地形图 一正射精校正有其自身的特点：①用于正射精校正的 地面控制点，必须具有高程信息；②进行正射精校 正时，必须利用数字高程模型（ＤＥＭ）。遥感影像 正射校正是遥感正射影像地图的重要信息源，同时 它也是进行其它遥感图像处理（遥感图像融合、镶 嵌等）的基础。 正射精校正的精度与ＤＥＭ、ＧＣＰ或ＤＲＧ的精 度有关，还与卫星影像自身的分辨率有关。作者对 研究区进行了正射精校正，针对不同的图像采用不 同的正射校正方法。对于Ｓｐｏｔ ５图像，利用的Ｅ卜 ｄａｓ中Ｓｐｏｔ ５模型对图像进行了正射校正。对于 的地理坐标作为配准参考，其它数据均需转换到地 形图所在的坐标系中。 遥感图像地质解译三维可视化，与影像动态分 析系列动画制作工序主要包括以下内容： （１）遥感图像数字处理。遥感图像数字处理 是数字区调工作中信息提取的重要环节。图像处 理的目的，是对原始遥感图像进行辐射校正、几何 校正和投影差改正、地理编码、图像镶嵌、图像增 强，以及不同时相不同传感器不同分辨率的多波段 ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ图像，作者采用了ＲＰＣ（有理多项式）校 正方法实现对图像的正射校正。正射校正的精度 一遥感图像数据融合等，最终制作出统一规格标准的 高质量遥感图像，提高数字区调地质解译应用效 果 一引。 般控制在半个像元内，其地面控制点（ＧＣＰ）的高 程值通过ＤＥＭ自动提取。校正好的正射影像图与 等高线套合，效果较好，可满足１：５ ０００区调填图 和遥感解译使用。 ２ ２遥感图像三维可视化实现 多类型遥感影像数据融合，是一种通过高级影 像处理技术来复合多源遥感影像数据的技术，其目 的是将单一传感器的多波段信息或不同类传感器 遥感图像三维可视化实现的技术和思想，就是 依据ＤＥＭ建立表面模型来显示真实地形，然后再 叠加遥感影像或航片等数字影像进行纹理叠加，来 显示地表细节。充分发挥计算机图示技术及虚拟 现实技术的优势，利用遥感图像、地理要素和文字 符号标注等多种数据，生成三维地形影像 』。将 这些可视化数据集成套合成三维地形影像，必须做 所提供的信 ｇ，￣ＩＪ以综合，消除多传感器信息之间可 能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性， 减少模糊度，以增强影像中信息透明度，提高图像 解像力和解译精度 Ｊ。 （２）高精度ＤＥＭ生成。高精度三维立体图像 需要高精度的ＤＥＭ来支撑，在遥感图像的正射处 理中，各像点的投影差改正也需要对应点的高精度 ＤＥＭ 。高精度ＤＥＭ生成常用有三种方法：①利 １期 李天华等：遥感与ＧＩＳ技术支持下的机场选址与工程地质分析 ８１ 用地形图数字化求得；②利用立体像对（具有立体 ２），以及前期工作中提取的地貌、地层、构造等信 效果的航片、卫星图像等）使用专门的软件求得； 息进行分析，将小哨机场地区试验方案划分为四 ③利用干涉雷达图像处理技术求得。 个，并以方案三区为例，对该区工程地质条件进行 （３）三维飞行路线选取。根据工作区的地质 了评价。 构造复杂程度和工作需要，按照一定的规则进行飞 ３．１场地工程地质分析 行勘察路线部署。 方案三出露泥盆系宰格组白云岩、海口组上段 （４）三维可视化系列动画产品制作。首先进 灰岩及下段砂岩、双龙潭组白云岩、陡坡寺组砂岩 行三维飞行的参数设置，如航高、时速、夸大系数、 及泥岩，未见断层。但裂隙发育，碳酸盐岩和碎屑 屏幕大小、视角设置及背景效果等；然后根据布置 岩相问分布，成为走向北东倾南东的单斜状构造， 的飞行路线完成三维动画制作。 极有利于岩溶的发育。单个漏斗的长轴方向受结 （５）三维可视化产品输出。根据选择的飞行 构面控制，以近北东向、东西向及北西向为主，但漏 路线，逐条生成遥感图像地质解译三维可视化及影 斗的空间分布很大程度上具有层控性（岩性段控 像动态分析系列动画，并把这些产品转化成通用动 制）。地质构造对工程的影响主要是：①倾斜互层 画所支持的格式打包，如ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ Ｍｏｖｉｅ格式等， 状碳酸盐岩与砂泥岩单斜构造导致区内岩溶发育； 刻盘提交给有关的工作人员使用。 ②产状平缓，次级褶皱发育的宰格组内岩溶受横张 （６）信息提取。地质构造、岩溶地貌解译和影 节理控制，漏斗星罗棋布，地下岩溶管道发育。 像判读等。 ３．２工程地质分区 作者在本次工作中共制作了四条飞行路线，分 综合“３ｓ”技术、综合物探、区域地质、工程地 别位于测区的西部、中部和东部，其目的是为了了 质勘察等综合分析，拟建场地的工程地质岩组可分 解测区的总体区域地质构造格局以及岩溶发育、地 以下几个亚区（见下页图３）： 貌特征等情况（见图２）。 （１）构造剥蚀丘陵。地貌为深丘，位于试验区 北缘，面积０．０９６ ｋｍ ，海拔２ １２０．４ ｍ～２ １３７ ｍ， ３基于“３Ｓ”技术机场工程地质分区 坡度３。～１０。，为非可溶性砂泥岩分布区，仅出现 二处洼地，单个面积均达到４ ９００ ＩＴＩ 以上。地形 在上述所有工作基础上，综合运用遥感与ＧＩＳ 波状起伏，残积层厚，为工程挖方区，岩石单轴抗压 对遥感图像、机场数字ＤＥＭ、三维可视化（见图 强度可以达到１２ ＭＰａ～１５ ＭＰａ。 图中左边曲线为东跑道，右边曲线为西跑道。图像上地貌、地质构造、岩溶发育特征显示清楚。上部箭头指示Ｆ１０断裂轨 迹线，中部北东向箭头组指示Ｆ１２断裂轨迹线，中部北西西向箭头组指示Ｆ１８断裂轨迹线。（底图为ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ融合图像， 分辨率０．６１ ｍ） 图２昆明小哨机场遥感图像三维可视化系列图片之一帧（右上角箭头指向南） Ｆｉｇ．２ ＯＢｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｘｉａｏ—ｓｈａｏ ａｉｒｐｏｒｔ ｉｎ Ｋｕｎｍｉｎｇ （ｔｈｅ ａｒｒｏｗ ｐｏｉｎｔｓ ｔｏ Ｓｏｕｔｈ） ８２ 物探化探计算技术 ３３卷 （２）剥蚀溶蚀丘陵。地形地貌为深丘，面积约 ０．０２７ ｋｍ ，海拔２ ０９５ ｍ～２ １３５ Ｉｌｌ，坡度３。～ｌ０。， 岩溶地貌漏斗和洼地发育，局部漏斗和洼地有落水 洞。地层岩性为泥盆系中统海口组（Ｄ２ｈ２），由灰 黄色中、厚层状亮晶砂屑灰岩、砾屑灰岩夹沥青质 灰岩顶部为砂岩、双龙潭组白云岩组成。上覆红色 粘土。岩体节理裂隙发育，岩石破碎，岩溶漏斗发 育。岩质坚硬，属坚硬岩，岩石单轴抗压强度可达 到５０ ＭＰａ～９０ ＭＰａ，是良好的基础持力层。 ③构造剥蚀丘陵。地形地貌为深丘，面积约 ０．１４ ｋｍ ，海拔２ ０９５ ｍ～２ １３５ ｍ，坡度３。～１０。， 为海口组下段砂岩分布区，上覆厚度较薄的残积。 该区域出现八处洼地，单个面积在３２０ ｍ ～ １ ４００ ｍ 之间，少部份达到５ １００ ｍ 以上。岩石单 轴抗压强度高，开挖后为良好的持力层。 ④剥蚀溶蚀残丘。地形地貌为浅丘，面积约 ０．３７７ ｋｍ ，海拔２ ０７５ ｍ～２ １２１ ｍ，坡度３。～８。， 岩溶地貌漏斗和洼地特别发育，共出现洼地四十五 处，面积大致在２００ ｍ ～３ ０００ ｍ 之间，其中以 Ｋｈ３２３最大，面积达到２１ ４１８ ｍ 。 Ｏ 匝 匿图 构造剥蚀丘陵 剥蚀溶蚀丘陵 构造剥蚀残陵 剥蚀溶蚀残丘 图３方案三工程地质分区示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ３ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ４结论 作者在本文中将“３Ｓ”技术应用到西部高原区 机场选址和工程勘察中，虚拟了拟选机场场址的高 精度三维遥感动态模型，从图像的三维可视化和动 态分析角度，进行了拟选机场场址的勘察和工程地 质概况等遥感信息的提取。这改变了传统的机场 勘探工程中的思维方式，为机场勘察提供了新的技 术平台，为机场建设工程开拓了新思路，为决策者 （各级领导、工程负责人等）从宏观把握拟选机场 场址提供了很好的工程评价平台。同时，对加快机 场建设工作现代化进程，具有重要意义和实用价 值。 参考文献： ［１］杨武年，廖崇高，濮国梁，等．数字区调新技术新方 法一遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析 ［Ｊ］．地质通报．２００３，２２（１）：６Ｏ． ［２］贾永红，李德仁，孙家柄．多源遥感影像数据融合 ［Ｊ］．遥感技术与应用，２００１，１５（１）：４１． ［３］张瑞军，杨武年，刘汉湖，等．数字高程模型（ＤＥＭ） 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