基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，通过获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料，构建三维空间遥感分析实景模型，分析岩溶隧道区集水面积影响因子，利用地表分水岭划分汇水边界，建立模型计算岩溶区隧道集水面积，提取岩溶区集水面积影响因子对应因子，最终计算岩溶区隧道集水面积。本发明专利技术涉及的岩溶隧道集水面积的遥感分析计算方法，通过遥感和GIS技术精准划分岩溶区集水边界，准确计算出岩溶隧道集水面积，进而求得岩溶隧道涌水量，不仅准确率高，方法简便可行，且物化成本投入低，工程实用性强。工程实用性强。工程实用性强。

【技术实现步骤摘要】
基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法


[0001]本专利技术涉及隧道水文地质勘察领域，特别是涉及岩溶隧道集水面积计算方法。

技术介绍

[0002]由于岩溶地区地下水的赋存条件复杂、运移方式多样，岩溶隧道涌水量难以预测。尤其是我国南方岩溶地区，岩溶强烈发育，岩溶含水介质以及岩溶地下水在空间和时间上分布极不均匀、空间展布极为复杂，导致目前岩溶隧道涌水量预测的准确度不高，预测值与实际误差很大，不能满足工程实际的需求。
[0003]现有岩溶隧道涌水量预测的主要方法是水均衡法，以质量守恒定律为理论基础，将隧道所在的水文地质单元作为一个均衡区，通过建立水量均衡方程式求得隧道涌水量，应用于任何不同水文地质条件的隧道涌水量计算。
[0004]水均衡法根据降雨入渗量和集水面积的乘积，得出隧道涌水量Q，即Q＝α
·
X
·
A(式中α－降水入渗系数,X－多年平均降水量,A－隧道通过含水体的地下集水面积)。其中，降水入渗系数和多年平均降水量可根据区域水文地质报告获取，而集水面积的确定目前没有准确方法，且取值范围广，是一个重要变量。除个别隧道长期观测有一个较可靠值之外，其余多根据经验取值，但岩溶隧道集水面积受隧道埋深、边界条件、集水宽度等多因素控制，由经验值计算的涌水量往往与施工过程出现的实际情况相差甚远，易造成大量的设计变更，严重影响隧道的安全、质量、进度。

技术实现思路

[0005]针对现有隧道集水面积计算方法存在的问题，本专利技术推出一种基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其目的在于获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料，分析岩溶隧道集水面积影响因子，利用三维遥感和GIS技术提取对应影响因子，利用地表分水岭划分汇水边界，建立模型优化汇水面积确定集水边界，最终计算岩溶区隧道集水面积。
[0006]本专利技术涉及的基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，技术步骤包括：获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料，构建三维空间遥感分析实景模型，提取岩溶区集水面积影响因子，利用地表分水岭划分汇水边界，建立模型计算岩溶区隧道集水面积。
[0007]S1、获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料
[0008]获取隧道区的高分辨率遥感影像数据和高精度数字高程数据，获取隧道工程资料；隧道工程资料包括隧道平纵断面信息、区域地质资料、地层信息。
[0009]S2、构建三维空间遥感分析实景模型
[0010]对步骤S1获取的高分辨率遥感影像数据预处理，建立数字高程模型，构建三维空间遥感分析实景模型。
[0011]S3、提取岩溶区集水面积影响因子
[0012]综合分析区域地质资料，确定岩溶区集水面积影响因子，对S2建立的三维空间遥感分析实景模型进行解译，提取相关影响因子。
[0013]S4、利用地表分水岭划分汇水边界
[0014]利用GIS技术对数字高程模型进行处理，通过河网提取、捕捉倾泻点、计算流域单元操作，确定出水点，结合水流方向，分析搜索该出水点上有所有流过该出水口的河流，一直搜索到流域的边界，最终得到地表分水岭划分的汇水边界。
[0015]S5、建立模型计算岩溶区隧道集水面积
[0016]通过S3提取的岩溶区集水面积影响因子对步骤S4划分的汇水边界进行优化，确定岩溶隧道集水边界；通过Python语言调用GIS平台中的面积计算工具，计算集水来源区的平面面积，求和后即为岩溶区隧道集水面积。
[0017]本专利技术涉及的岩溶隧道集水面积的遥感分析计算方法，仅通过遥感和GIS技术即可精准划分岩溶区汇水边界，准确计算出岩溶隧道集水面积，进而求得岩溶隧道涌水量，不仅准确率高，方法简便可行，且物化成本投入低，工程实用性强。
附图说明
[0018]图1为本专利技术所述的岩溶隧道集水面积的遥感分析计算方法的流程图。
[0019]图2为本专利技术所述的岩溶隧道初始汇水单元模型图；
[0020]图3为本专利技术所述的对压扭性断层分布优化前的汇水单元模型图；
[0021]图4为本专利技术所述的对压扭性断层分布优化后的汇水单元模型图；
[0022]图5为本专利技术所述的对张性断层、地下暗河分布优化前的汇水单元模型图；
[0023]图6为本专利技术所述的对张性断层、地下暗河分布优化后的汇水单元模型图；
[0024]图7为本专利技术所述的对岩溶发育程度优化前的汇水单元模型图；
[0025]图8为本专利技术所述的对岩溶发育程度优化后的汇水单元模型图；
[0026]图9为本专利技术所述的岩溶隧道集水边界模型图；
[0027]图中标记说明：
[0028]S1、获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料
[0029]S2、构建三维空间遥感分析实景模型
[0030]S3、提取岩溶区集水面积影响因子
[0031]S4、利用地表分水岭划分汇水边界
[0032]S5、建立模型计算岩溶区隧道集水面积
[0033]BP、隧道进口
[0034]EP、隧道出口
具体实施方式
[0035]结合附图对本专利技术的技术方案作进一步描述。如图1所示，本专利技术所述的岩溶隧道集水面积的遥感分析计算方法，技术步骤包括：S1获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料，S2构建三维空间遥感分析实景模型，S3提取岩溶区集水面积影响因子，S4利用地表分水岭划分汇水边界，S5建立模型计算岩溶区隧道集水面积。
[0036]S1、获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料
[0037]获取隧道区的高分辨率遥感影像数据和高精度数字高程数据，获取隧道工程资料；隧道工程资料包括隧道平纵断面信息、区域地质资料、地层信息。
[0038]获取隧道区的高分辨率遥感影像数据：包括高分二号数据、IKONOS数据和Quickbird数据。要求数据分辨率小于1m，云层覆盖小于5％，遥感图像纹理清晰、色调和色彩均匀，不存在明显的噪声、条纹、斑点和坏线；
[0039]获取隧道区的高精度数字高程数据：包括合成孔径雷达和机载激光扫描仪直接获取的高精度高程数据以及大比例尺地形图的等高线数据；
[0040]获取隧道区工程资料：包括隧道平纵断面信息、区域地质资料、水文地质信息、地层信息。
[0041]S2、构建三维空间遥感分析实景模型
[0042]对步骤S1获取的高分辨率遥感影像数据预处理，建立数字高程模型，构建三维空间遥感分析实景模型。
[0043](1)高分辨率遥感影像数据处理
[0044]对步骤S1获取的高分辨率遥感影像数据进行如下处理：辐射校正、几何校正、图像配准、图像增强、图像融合、图像镶嵌。
[0045](2)建立数字高程模型
[0046]获取隧道区的高精度数字高程数据有两种途径，一是合成孔径雷达和机载激光扫描仪直接获取的高精度高程数据，二是大比例尺地形图的等高线数据；
[0047]对于合成孔径雷达和机载激光扫描仪直接获取的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其特征在于，技术步骤包括：获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料(S1)，构建三维空间遥感分析实景模型(S2)，提取岩溶区集水面积影响因子(S3)，利用地表分水岭划分汇水边界(S4)，建立模型计算岩溶区隧道集水面积(S5)；所述获取隧道区遥感影像和数字高程数据及工程资料(S1)，包括获取隧道区的高分辨率遥感影像数据、高精度数字高程数据，获取隧道工程资料；隧道工程资料包括隧道平纵断面信息、区域地质资料、地层信息；所述构建三维空间遥感分析实景模型(S2)，对步骤S1获取的高分辨率遥感影像数据预处理，建立数字高程模型，构建三维空间遥感分析实景模型；所述提取岩溶区集水面积影响因子(S3)，综合分析区域地质资料，确定岩溶区集水面积影响因子，对S2建立的三维空间遥感分析实景模型进行解译，提取相关影响因子；所述利用地表分水岭划分汇水边界(S4)，利用GIS技术对数字高程模型进行处理，通过河网提取、捕捉倾泻点、计算流域单元操作，确定出水点，结合水流方向，分析搜索该出水点上有所有流过该出水口的河流，一直搜索到流域的边界，最终得到地表分水岭划分的汇水边界；所述建立模型计算岩溶区隧道集水面积(S5)，通过S3提取的岩溶区集水面积影响因子对步骤S4划分的汇水边界进行优化，确定岩溶隧道集水边界；通过Python语言调用GIS平台中的面积计算工具，计算集水来源区的平面面积，求和后即为岩溶区隧道集水面积。2.根据权利要求1所述的基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其特征在于，所述的对高分辨率遥感影像数据预处理，包括进行辐射校正、几何校正、图像配准、图像增强、图像融合、图像镶嵌处理。3.根据权利要求1所述的基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其特征在于，所述的建立数字高程模型，对于合成孔径雷达和机载激光扫描仪直接获取的高精度高程数据，可直接通过格网和三角网的建模方法构建数字高程模型；大比例尺地形图的等高线数据需先进行数字化处理，获取高精度高程数据，然后基于格网和三角网的建模方法构建数字高程模型。4.根据权利要求1所述的基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其特征在于，构建三维空间遥感分析实景模型包括：
①
利用隧道平纵断面信息，提取隧道沿线的三维坐标点(X，Y，Z)，制作成kml和shp格式的三维线位；
②
将区域地质资料、水文地质信息、地层信息进行矢量化处理；
③
对数字高程模型与处理好的高分辨率遥感影像数据进行融合、渲染处理，形成三维空间遥感实景模型；
④
在三维空间遥感实景模型中插入kml和shp格式的三维线位和矢量化处理后的区域地质资料、水文地质信息、地层信息，形成三维空间遥感分析实景模型。5.根据权利要求1所述的基于遥感技术的岩溶隧道集水面积计算方法，其特征在于，所述提取岩溶区集水面积影响因子，包括综合分析区域地质资料，确定岩溶区集水面积影像因子为：岩溶发育程度、地下暗河、断层；
①
岩溶发育程度，利用GIS技术对数字高程模型进行处理，分别提取洼地面积、洼地深
度、夷平面；提取洼地面积，通过水流方向获取洼地位置，以分水岭为界得到洼地贡献区域，对洼地贡献区域重分类，获取每一块洼地的面积；提取洼地深度，分别提取洼地贡献区域内的最高点和最低点，计算两者之差得到洼地深度；提取夷平面，通过焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：王衍汇，崔庆国，刘桂卫，常天龙，陈则连，王飞，辛民高，李瑞峰，赵富军，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：