馬 長 清

(湖南高速鐵路職業(yè)技術學院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

伴隨著空間技術的快速發(fā)展，遙感技術的圖像內(nèi)容更加豐富、更加逼真，為鐵路、公路的路線選線及后續(xù)工程建設的可行性研究也提供了更有保障的支持。并且遙感技術能夠較真實的展示施工區(qū)域的三維場景，遙感圖像視野廣闊、圖像逼真、內(nèi)容豐富，可以做到遠距離室內(nèi)長時間連續(xù)判釋。利用遙感技術對地形、地貌地質(zhì)及水文等自然條件進行分析并集合實地的調(diào)查分析相結合，可以有效地從整體上提高選線的質(zhì)量。

1 三維遙感技術的優(yōu)勢

隨著科學技術的發(fā)展，與常規(guī)的遙感技術相比，三維遙感技術有了長足的進步，主要優(yōu)勢有以下幾個方面：

1)三維遙感技術應用可以更詳細的展現(xiàn)地理空間內(nèi)的各種地物的細節(jié)特征，在傳統(tǒng)的二維遙感技術應用中，由于受到復雜環(huán)境的干擾，地物的光譜容易發(fā)生變異，這種情況下如果再按照采集到的光譜特性進行解譯，最后得到的結果往往就會出現(xiàn)偏差，但是利用三維遙感技術進行觀測時，可以利用采集的多維數(shù)據(jù)進行互相比對，保證地物光譜的準確度，從而提高判釋結果的可靠性[1]。

2)利用三維遙感技術可以更直觀的展現(xiàn)并解譯地物的形態(tài)，而常規(guī)的二維遙感技術應用于地物觀測時，只能從頂視角度來進行作業(yè)，這就相對缺少了對地物高程維度的觀測，這就不能準確的判譯地勢的高差與坡度、巖層的傾角以及斷面情況等信息[2]。而三維遙感技術的應用可以使得對地物進行立體觀測作業(yè)，能夠更直觀的展現(xiàn)并解譯觀測空間內(nèi)的地物形態(tài)，采集到更完整的地物信息。

3)三維遙感技術的應用可以使得數(shù)據(jù)多尺度無縫處理，常規(guī)使用的二維遙感技術對多源頭信息只能進行簡單的疊加圖層處理，三維遙感則可以將多源頭數(shù)據(jù)進行精密解析一一對應到各自的空間位，比較流暢的進行大尺度宏觀圖像與小尺度微觀圖像的轉(zhuǎn)換。

4)三維遙感技術可以對觀測數(shù)據(jù)處理進行動態(tài)模擬，觀測作業(yè)區(qū)域內(nèi)的地物不是一成不變的，是一直在變化的，雖然二維遙感技術可以通過多個影響來展示這種地物變化，但是無法做到動態(tài)模擬，而三維遙感技術可以引入時間要素，可以對地物進行動態(tài)模擬，展示其變化的趨勢。

2 基于三維場景鐵路選線系統(tǒng)及關鍵技術分析

利用遙感技術與地形三維建模技術采集目標區(qū)域的高清圖像和數(shù)字高程模型(即DEM)，然后綜合運用數(shù)據(jù)建模技術與計算機模擬技術等建立選線系統(tǒng)的三維虛擬地理環(huán)境，用于鐵路選線模擬[3]。這樣可以直觀的輔助施工單位進行新建鐵路的線路平面設計、縱斷面設計、排水設計、線路方案對比優(yōu)化等模擬演示，為鐵路建設提供更系統(tǒng)更科學合理的技術支持。基于三維空間場景的鐵路選線流程見圖1。

其中應用到的有以下幾項技術：

1)三維空間場景的實現(xiàn)技術。

三維場景的實現(xiàn)需要運用到的技術有二維、三維一體化數(shù)據(jù)管理及模型分析技術；空間場景的動態(tài)調(diào)整與剪裁；網(wǎng)絡帶寬可適應變化運行；坐標系自適應轉(zhuǎn)換；預設參數(shù)自動建模等等。遙感技術采集的影像色彩紋理要與高清數(shù)碼照片進行匹配結合，提高地形模型精度[4]。將遙感影像與數(shù)字高程模型(DEM)進行了疊加處理，其中進行了噪點、反光、紋理映射等參數(shù)處理，較真實的再現(xiàn)了地面三維空間場景。

2)三維選線關鍵技術。

該技術包含在三維空間場景中進行線路選擇的交互設計及火車站的位置選擇、橋梁隧道的最佳通過位置及角度、坡度的選擇設計、三維模型的生成、供電設施的位置選擇等等。最后利用三維場景技術對線路方案進行綜合評估，并進行建設投入估算。

3)海量數(shù)據(jù)的采集處理儲存。

為了確保鐵路選線技術的應用能夠靈活簡便，并且保障操作人員可以快速掌握，該系統(tǒng)集合了數(shù)據(jù)資料的快速儲存查找與圖像文件的導入導出等。

3 三維空間場景選線的實現(xiàn)

在進行鐵路路線選擇時，要以高精度的高程模型為參照基礎，并進行高清遙感圖像采集用于對選線區(qū)域進行三維場景可視化模擬，提高直觀效果。在此基礎上充分對研究區(qū)域的地形地貌、水文地質(zhì)等自然條件進行分析，提高線路方案選擇的科學性，確保要兼顧施工可靠與經(jīng)濟合理[5]。采用高清數(shù)碼相機對研究區(qū)域進行高分辨率圖像與精細DEM數(shù)據(jù)采集，建立鐵路線路三維虛擬踏勘系統(tǒng)。利用快速處理數(shù)據(jù)信息的能力，將采集與輸入的數(shù)據(jù)信息進行融合處理，結合計算機平面設計軟件進行路線選擇[6]?；诰珳始氈碌娜S空間場景，將各項數(shù)據(jù)參數(shù)進行處理后完成建模，然后對鐵路線路、工點及車站點、候車點設置的合理性進行檢查并優(yōu)化，最終完成隧道、橋梁、邊坡及路基等空間選型及設計(見圖2)。

4 遙感技術的應用展望

伴隨著我國經(jīng)濟技術的快速發(fā)展，各地鐵路建設的推進速度也不斷加快，特別是“一帶一路”的推進與中西部鐵路建設的不斷開展，遙感技術正在鐵路建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是遙感技術需要融合多種技術，在應用中面臨很多挑戰(zhàn)，隨著應用要求的不斷提高，需要對遙感技術進行更深入的研究，提出了以下幾點建議。

4.1 加強遙感判釋技術的定量研究

隨著遙感判釋技術的不斷發(fā)展，使得遙感判釋技術由定性向定量轉(zhuǎn)化不再遙不可及。要加強三維遙感判釋技術觀測技術和軟件的開發(fā)，深入研究遙感技術在復雜觀測區(qū)的信息提取采集及不良地質(zhì)運動變化觀測的應用。

4.2 開發(fā)現(xiàn)有鐵路地質(zhì)檢測技術

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)有鐵路沿線附近的大型泥石流溝13 486條，中大型的滑坡有1 000多個，崩塌超過1 000處，嚴重塌陷有3 785處。西南部山區(qū)的線路，例如成昆鐵路、襄渝鐵路、寶成鐵路、隴海鐵路中的寶雞至天水段均屬于地質(zhì)災害多發(fā)路段。據(jù)相關部門統(tǒng)計，我國鐵路受地質(zhì)災害造成的損失在2000年—2006年6年間就達到了上百億，而且每年的損失都在遞增。因此，加強對鐵路地質(zhì)災害的調(diào)查研究與預防勢在必行。遙感技術具有觀測范圍廣，數(shù)據(jù)采集全面，不受地形及天氣狀況影響的特點，可以結合GIS分析技術，定期進行遙感作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)觀測區(qū)域地質(zhì)災害的識別、預測。

4.3 加強衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的開發(fā)和應用

目前，遙感技術在鐵路工程中應用的遙感技術基本都是國外的，對國產(chǎn)的應用信心嚴重不足。隨著我國衛(wèi)星遙感技術的不斷進步，已經(jīng)有多個系列的衛(wèi)星，可以滿足地質(zhì)勘測的要求[7]?，F(xiàn)在最緊迫的就是加強國產(chǎn)遙感衛(wèi)星在勘察應用中的適應能力及綜合處理能力，結合國內(nèi)鐵路項目建設進行示范應用，從而推動國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的廣泛應用，對降低鐵路勘察成本與遙感技術的發(fā)展有積極作用。

5 結語

鐵路選線過程中三維遙感技術，利用高標準的影像與DEM資料，可以直觀的展現(xiàn)研究區(qū)域的地形地貌，并進行動態(tài)選線模擬設計，可以為鐵路建設方案提供更科學更合理的支持。同時遙感技術可以結合其他觀測技術實現(xiàn)對建成鐵路地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)域進行監(jiān)測，加強對地質(zhì)運動變化分析，降低災害帶來的損失。三維遙感技術代表著未來勘測的發(fā)展方向，具有很好的發(fā)展前景。