利用3S技术优化物探测地的方法研究

陈 亮,庞庆恒,崔志强

(中国地质科学院 物化探研究所,河北廊坊 065000)

利用3S技术优化物探测地的方法研究

陈 亮,庞庆恒,崔志强

(中国地质科学院 物化探研究所,河北廊坊 065000)

在物探工作设计阶段,主要参考测区的地质图和地形图,进行控制点的选取和测网的布置。但这些地形图往往是七十年代、八十年代绘制的,随着自然环境的变化,人类活动的改造,可能发生了很大的变化,如湖泊水位变化,居民点变迁、城市的扩建、地质灾害等。随着“3S”集成技术的不断成熟,可以利用带地理参数的遥感影像对地形图的变更部份进行修正,充分利用G IS技术优化测区的控制网建设和物探工作部署,进行科学、合理、准确的物探工作部署,以达到提高物探工作的效率。

3S技术;物探测地;优化方法

0 前言

随着计算机技术的不断发展,将遥感(RS)、全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)紧密结合起来的“3S”一体化技术,已显示出更为广阔的应用前景。物探测地亦称物探工程测量,它是应用大地、航测与工程测量等方法,解决物探测量领域内的三维定位问题。在对新测区物探工作之初的工作设计阶段,由于地质工作本身的特征所致,要快速了解新测区的地质、地形情况,往往非常困难。通常主要参考当地的地质图、地形图,但这些地形、地质图往往是七十、八十年代所绘制的,随着自然环境的变化,人类活动的改造,可能发生了很大的变化(如湖泊水位变化,居民点变迁、城市的扩建、地质灾害等)。利用最新的遥感图像、GIS建模技术如DEM的建立,模拟出测区的三位景观,能够对GPS控制网建设和物探工作部署,进行科学、合理的指导,达到提高物探工作的效率。

1 利用RS技术更新地物信息

以内蒙某工区为例,作者在收集到工区地形图后,通过搜集当地最新的遥感影像与测区地形图,经过对比发现,所收集的地形图年代较老,与实际情况存在很大差异,利用遥感影像上的特征点对其地理参数进行校正,使其具有相同的坐标系统和投影参数,对二者进行套合。

1.1 坐标系转换

要利用遥感影像对地形图进行校正,首先要统一二者的坐标系统。作者获取的是ETM-741波段合成的假彩色遥感影像,采用莫卡托投影和W GS-84坐标系统,而地形图采用的是北京54椭球参数和高斯克吕格投影。在知道了二者的坐标系和椭球参数以及转换参数(可以从当地测绘局获取或者利用工区附近的至少三个已知控制点求取)后,再对它们进行相互转换、套合(如下页图1所示)。

1.2 更新地形图

在统一遥感影像和地形图的坐标系统后,利用MAPGIS图形处理功能对地形图进行校正。通过上述处理后的地形图(见下页图2),发现了测区南部水库的水位,居民点等地形图在测绘时发生了很大的变化:

(1)现在的水位明显比地形图所显示的低了很多,新增面积为1.5 km2。

图1 遥感影像与地形图坐标统一后的套合图Fig.1 Stackm ap of remo te sensing im ages and topographicm ap coo rdinates unifo rm ation

图2 校正后的地形图Fig.2 Topographicmaps after correction

(2)新增居民地三个,面积为0.6 km2。

如果物探工作依据所收集的地形图布置工作,显然就会出现较大的偏差。

利用GIS技术对地形图上的地物信息进行更新后的地形图,在进行后期工作的设计时能够更加准确。这里要说明的是物探测网的设计也是利用GIS技术进行的,专业人员根据项目的任务书,明确测网的网度、方位、范围等要求后,根据测区的地质、地形地貌情况,利用MAPGIS合理的布置每个测点,对设计工作量进行精确的统计,通过带地理信息的遥感图像对地物信息进行更新后,能够减少工程实施阶段的不可预知性,所设计的物探测网与实地情况吻合程度更好,使预算更合理。

2 GIS建立DEM模型及其应用

2.1 数字高程模型概念

图3 DEM模型Fig.3 DEM model

数字高程模型(D igital Elevation M odel,缩写DEM)是一定范围内规则格网点的平面坐标(X,Y)及其高程(Z)的数据集,它主要用于描述区域地貌形态的空间分布,是通过等高线或相似立体模型进行数据采集(包括采样和量测),然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示,可派生出等高线、坡度图等信息,用于与地形相关的分析应用。

2.2 建立DEM模型

建立DEM的方法有多种。作者从现有地形图上,用扫描仪半自动采集后,利用GIS软件矢量化。在等高线和高程点,建立不规则三角网(Triangular IrregularNetwork,简称TIN)。然后在TIN基础上,通过线性和双线性内插建立DEM。利用G IS建立DEM可视化三维模型(如图3所示)。

2.3 DEM模型的应用

DEM模型的应用主要有以下三个方面:

(1)物探测网的布设,测线往往要垂直于地质体的走向。DEM三维模型,有利于测网设计人员更直观的认识到地质体的走向。

(2)利用GIS软件,对DEM模型进行图切剖面(见图4),可以根据图切剖面选取利于野外工作的测网路线,避开测线垂直切割悬崖、跌水等难以通过地区,降低野外工作的难度。

图4 DEM模型地形剖面Fig.4 Topography p rofile underDEM model

(3)DEM模型能更加直观地反应工区内海拔高程的分布,进行水淹分析,可以优选工区内的至高点,有利于对控制测网布置进行总体把握。

3 物探测地GPS-RTK工作方法

3.1 RTK工作原理

实时载波相位差分简称RTK,二台接收机(一台基准站,一台流动站)都在观测卫星数据。同时,基准站通过其发射电台,把所接收的载波相位信号(或载波相位差分改正信号)发射出去。那么,流动站在接收卫星信号的同时,也通过其接收电台接收基准站的电台信号。在这二信号的作用下,流动站上的固化软件就可以实现差分计算,从而精确地确定基准站与流动站的空间相对位置关系。

3.2 物探测网的实施

基于RTK工作原理,只要保证基准站和移动站保持数据链的畅通,在工作时,基准站可以架设在未知点上,这就为控制网的布设降低了难度。我们现在可以选取少量控制点建立在交通便利,视野开阔的地方,这就大大节省了人力物力,也简化了后期的RTK放样工作。

作者利用RS解译出来的信息,把物探放样工作分为二个区域:

(1)西区无植被覆盖,主要为农地,地形平坦。

(2)东区地形起伏较大,有植被覆盖,放样工作难度较大。

由于工区面积较小,共建立了四个点的E级控制网。

作者在东区选择三个点,在西区选择一个点作为测区的控制点,并建立了控制网(如图5所示)。

采用南方的S80双频接收机,进行静态控制测量后,与国家控制网联测,最后解算出各控制点坐标(见表1)。

表1 控制点坐标Tab.1 Contro lpoint coordinates

图5 工区控制网Fig.5 A rea contro l netwo rk

基于3S技术的优越性,合理的控制布网可以使在后期的测网放样工作能顺利有序的进行,整个物探测地工作可以在很短的时间内,就可高质量的顺利结束。

4 结论

作者在本文中分别阐述了RS修正地物信息,GIS建立DEM及其应用,物探测地GPS-RTK工作法。在整个物探测地的工作中,3S技术相互关联组合,优化了物探测网的实施,解决了在物化探工程测量中遇到的一些实际问题,提高了快速勘查的可靠性和准确度。随着3S技术的不断成熟和发展,相信3S在资源勘查中有更广阔的应用空间。

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1001—1749(2011)01—0087—05

2010-06-08 改回日期:2010-11-02

陈亮(1985-),男,四川广安人,助理工程师,现主要从事地质矿产物探解释方法技术研究。