基于GIS的不良地质体表达及其选线应用研究

摘要

现代选线设计技术对信息化的依赖程度日益提高，需要融合RS、GIS、GPS等现代勘测及信息化技术支持，逐渐实现从“交图纸”到“交模型”的设计理念的转变。这一转变过程中，如何基于工程地质的选线理念，实现在多维立体环境下的选线方案优化是面临的一项技术难题。如今铁路以快速、舒适、大运量、后期运营安全且病害少为基本要求，如何能够去选择一条符合现代快速发展的铁路线路，是现代铁路发展的迫切需求。
　　地质选线的目标就是最大限度地依附和利用地形和地质条件，寻求扰动最小的路线方案，尽量减少对不良地质现场的整治和改造。由于各种不良地质条件具有较强的隐蔽性，使得地质因素的空间分析成为路线方案比选过程中的主要难点，有时也会造成部分优选方案的缺失。铁路工程地质资料具有多源、多类、多量、多维、多主题等特点，各种地质数据在精确度、分辨率、数量、质量等方面也存在很大的差异。为了保证信息的有效性、准确性、一致性，需要融合GIS、RS、钻孔数据等相关技术资料进行整体的表达，结合线路方案优选的多目标评价方法，以满足立体化、模型化的选线需求。为此，论文主要完成以下几项工作:
　　(1)研究基于遥感技术的线路不良地质判释方法
　　线路行经区域的不良地质现象具有平、立面复合特性，对于大面积带状区域的滑坡、崩塌、泥石流、风沙区等具有典型平面区域特性的不良地质现象可借助遥感判释方法进行获取。同时，融合线路行经带状区域的地形分析，实现基于GIS、RS的线路地形、平面不良地质的统一表达。遥感技术对线路行经区域的判释能够更好的避免对不良地质区域勘测的遗漏，以便更好的选择线路通过方式。
　　(2)研究基于GIS的三维地质体建模方法
　　结合已有三维地形信息构建三维地质体表面模型，根据钻孔数据，采用ArcScene中三维的建模工具，研究基于离散岩层数据的分层TIN构建方法，完成基于钻空数据的多层地质体的三维空间实体表达，提供可用于选线设计不良地质实体建模方法。
　　(3)研究不良地质区域平面线路优选方法
　　针对复杂地质条件下的线路方案设计及比选问题，研究利用GIS的数据管理和空间分析决策功能实现线路方案行经区域不良地质特性的有效表达和提取，实现不同线路行径区域的平面不良地质现象提取。构建不良地质区域铁路走向辅助决策的层次分析模型，结合具体算例，实现基于GIS的不良地质区域平面线路方案优选。
　　(4)研究基于GIS的平立面一体化选线设计方法
　　以新建格库线通过风沙地区为例，分析平面不良地质现象的区域及属性表达方法，并设计相应的选线方案，从地质选线的角度完成方案比选。以某新建铁路行经滑坡区域为例，研究基于三维地形的滑坡实体的空间模型构建方法，在构建完成的实体模型上分别设计绕行、穿越、下穿等不同设计方案，从原有的平面绕行设计转化到空间立体化选线设计，经比选后获取最优的线路设计方案。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 论文选题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外铁路在地理信息中应用状况

1．2．2 国内铁路地质选线研究现状

1．3 铁路勘测设计技术的发展趋势

1．4 主要的研究内容和技术线路图

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 论文主要技术线路图

2．遥感判释技术在铁路不良地质选线中的应用

2．1 遥感技术在铁路工程地质选线中的作用

2．2 空间数据采集

2．3 遥感判释在铁路地质选线中的应用

2．3．1 滑坡的判释

2．3．2 崩塌的判释

2．3．3 泥石流的判释

2．4 基于ENVI的遥感影像信息提取

2．4．1 ENVI概述

2．4．2 图像分类

2．5 本章小结

3．基于ArcGIS的三维地质体的建模方法研究

3．1 概述

3．2 不良地质铁路线路环境空间数据库的建立

3．2．1 空间数据库的概念

3．2．2 选线中地质库中的不良地质因子确定

3．2．3 地理空间数据库的建立

3．3 空间数据库的查询

3．4 铁路选线地质环境三维分析

3．5 地质体的表达

3．5．1 钻孔数据库的建立

3．5．2 地质体建模

3．6 结论

4．不良地质区域下的选线优选方法研究

4．1 概述

4．2 不良地质区地质选线原则

4．2．1 滑坡区域铁路的地质选线原则

4．2．2 泥石流地区的地质选线原则

4．2．3 采空区的地质选线原则

4．2．4 岩溶地区的地质选线原则

4．3 不良地质区线路优选方法研究

4．3．1 在ArcGIS下的复杂地质选线

4．3．2 用层次分析法对线路进行优选

4．4 本章小结

5．实际工程应用

5．1 风沙区铁路平面选线工程应用

5．1．1 工程概况

5．1．2 风沙作用机理

5．1．3 风沙区线路的选择

5．2 不良地质区域立体化选线应用研究

5．2．1 地形地貌分析

5．2．2 线路通过滑坡区的分析

5．3 本章小结

6．结论及展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果