一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于遙感地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟：確定巖石風(fēng)化程度相關(guān)指標(biāo)；分析巖石風(fēng)化程度與地層巖性、坡度等級(jí)的耦合關(guān)系；構(gòu)建巖石風(fēng)化程度特征曲線；建立巖石風(fēng)化程度特征模型。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法難以準(zhǔn)確、快速地提取巖石風(fēng)化程度的技術(shù)問(wèn)題，發(fā)揮遙感快速、大面積獲取信息的優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確、快速地提取巖石風(fēng)化程度，可以用于海量數(shù)據(jù)的巖石風(fēng)化程度劃分。
【專利說(shuō)明】
一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于遙感地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石風(fēng)化作用是指使巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì)等發(fā)生變化的各種作用的綜合，其主要包括太陽(yáng)、大氣、水和生物等各種作用因素。
[0003]風(fēng)化是影響巖石工程性質(zhì)的重要因素之一，準(zhǔn)確劃分巖石的風(fēng)化程度是為工程設(shè)計(jì)提供安全的設(shè)計(jì)參數(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。巖石風(fēng)化程度的劃分及工程特性研究，對(duì)于大型水電工程、高層建筑、道路橋梁等工程建筑基面的選擇以及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工方案的確定起著關(guān)鍵性作用，對(duì)評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定和邊坡工程亦具有重要意義。巖石風(fēng)化所導(dǎo)致的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化對(duì)工程活動(dòng)極為不利，所造成的地質(zhì)、工程災(zāi)害越來(lái)越多，如建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定，邊坡的穩(wěn)定等都與巖石的風(fēng)化有關(guān)。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)界對(duì)于巖石風(fēng)化的研究主要是以野外調(diào)查及物探、鉆探等地面方法為主，對(duì)于巖石風(fēng)化程度的劃分多采用工程地質(zhì)定性評(píng)價(jià)方法，從巖石結(jié)構(gòu)、巖石顏色、礦物成分、巖石破碎程度等方面綜合分析確定。也有部分專家學(xué)者開(kāi)始研究巖石風(fēng)化程度的定量劃分。
[0005]遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的綜合性探測(cè)技術(shù)，它集中了空間、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)通信和地學(xué)等學(xué)科的最新成就，被廣泛應(yīng)用于軍事、海洋、氣象、地球資源普查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，是當(dāng)代高新技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。隨著衛(wèi)星遙感的發(fā)展，遙感技術(shù)也被引入到巖石風(fēng)化程度的研究中，將遙感技術(shù)引入風(fēng)化程度劃分，主要是考慮到它們的空間數(shù)據(jù)采集、管理能力和強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析能力，將其作為風(fēng)化程度劃分的分析工具，來(lái)加速風(fēng)化程度劃分的過(guò)程。目前利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)化程度研究的方法主要有兩種:光譜特征分析法和目視解譯法。
[0006]具體而言，現(xiàn)有巖石風(fēng)化研究方法主要存在以下缺陷:
[0007](I)利用地面方法研究風(fēng)化程度投入的人力、物力、財(cái)力巨大，其工作效率也很低，難以滿足海量數(shù)據(jù)背景下對(duì)風(fēng)化程度研究的需求；此外，對(duì)于很多地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，尤其是高植被覆蓋區(qū)，利用地面方法研究風(fēng)化程度很難實(shí)現(xiàn)。
[0008](2)利用巖石的光譜特征研究風(fēng)化程度主要存在以下問(wèn)題:①植被覆蓋度較大等巖石露頭小(少)地區(qū)，無(wú)法反應(yīng)巖石的光譜特征，使巖石風(fēng)化程度的解譯遇到困難；②對(duì)于同物異譜、同譜異物的情況，解譯出的風(fēng)化精度明顯下降，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤；③《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)中對(duì)微風(fēng)化的描述為巖質(zhì)新鮮，色澤光鮮，因此，難以通過(guò)光譜特征研究微風(fēng)化。
[0009](3)利用遙感目視解譯判讀風(fēng)化程度，不僅時(shí)間消耗較大，而且難以精確劃分巖石風(fēng)化程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題為:現(xiàn)有技術(shù)難以準(zhǔn)確、快速地提取巖石風(fēng)化程度。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0012]—種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1.確定巖石風(fēng)化程度相關(guān)指標(biāo):確定地層巖性和坡度為建立巖石風(fēng)化程度劃分模型的相關(guān)指標(biāo)；
[0014]步驟2.分析巖石風(fēng)化程度與地層巖性、坡度等級(jí)的耦合關(guān)系；
[0015]步驟3.構(gòu)建巖石風(fēng)化程度特征曲線:利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合野外勘察將研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)背景劃分不同的地質(zhì)單元，分別隨機(jī)選取風(fēng)化程度為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化的各N個(gè)地質(zhì)單元；對(duì)于同一風(fēng)化程度的N個(gè)地質(zhì)單元，統(tǒng)計(jì)各坡度等級(jí)的巖石面積占該N個(gè)地質(zhì)單元總面積的百分比，繪制該風(fēng)化程度巖石的特征曲線；
[0016]步驟4.建立巖石風(fēng)化程度特征模型:依據(jù)步驟3所述巖石風(fēng)化程度特征曲線，建立巖石風(fēng)化程度特征模型。
[0017]作為優(yōu)選方案:步驟2中，將坡度劃分為1、II JILIV, V五級(jí)，每次的坡度范圍依次為[0°，5。)、[5°，15。)、[15。，25。)、[25。，35。)、[35。，90。]。
[0018]作為優(yōu)選方案:步驟3中，N = 100。
[0019]作為優(yōu)選方案:步驟4中，當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為III的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為全風(fēng)化；不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化；不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為III的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為弱風(fēng)化；剩余巖石的風(fēng)化程度判斷為微風(fēng)化。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021](I)本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，發(fā)揮遙感快速、大面積獲取信息的優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確、快速地提取巖石風(fēng)化程度，可以用于海量數(shù)據(jù)的巖石風(fēng)化程度劃分；
[0022](2)本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)劃分巖石風(fēng)化程度的精度，為巖土體等級(jí)劃分及工程建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法的巖石風(fēng)化程度特征曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明的一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，包括以下步驟:
[0027]步驟1.確定巖石風(fēng)化程度相關(guān)指標(biāo)
[0028]選取典型試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行野外勘測(cè)試驗(yàn)，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，分析巖石風(fēng)化程度與地質(zhì)環(huán)境因子的關(guān)系，將對(duì)巖石風(fēng)化程度具有極強(qiáng)的指示作用的地層巖性、坡度等指標(biāo)確定為備選指標(biāo)，由于遙感技術(shù)在巖性識(shí)別和坡度提取方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，因此確定地層巖性和坡度為建立巖石風(fēng)化程度劃分模型的相關(guān)指標(biāo)。
[0029]步驟2.分析巖石風(fēng)化程度與地層巖性、坡度分級(jí)的耦合關(guān)系
[0030]關(guān)于地層巖性:
[0031]不同巖石類型的抗風(fēng)化能力差異緣于巖性的差別，巖石的礦物成分、粒徑大小、地質(zhì)年代等都能影響巖石的抗風(fēng)化能力。一般情況下，同一巖性，時(shí)代越古老的巖石越容易風(fēng)化；同一時(shí)代的巖石，巖石硬度等級(jí)越高，巖石風(fēng)化程度越低。
[0032]關(guān)于坡度分級(jí):
[0033]坡度對(duì)于巖石風(fēng)化程度具有相當(dāng)強(qiáng)的指示作用，巖石在受到凍融、風(fēng)蝕、日曬等風(fēng)化作用后，由于受到重力、沖刷等外動(dòng)力搬運(yùn)作用，最終形成比較穩(wěn)定的地貌特征，可以通過(guò)不同的地貌特征，對(duì)原巖性質(zhì)做出判斷。一般情況下，坡度較平緩的地區(qū)比坡度陡的地區(qū)巖石風(fēng)化程度大。根據(jù)DEM提取坡度，結(jié)合《GBT15772-2008水土保持綜合治理規(guī)劃通則》將坡度劃分為1、11、111、1￥、￥五級(jí)，每次的坡度范圍依次為<5°、5°?15°、15°?25。、25° ?35°、> 35°。
[0034]步驟3.構(gòu)建巖石風(fēng)化程度特征曲線
[0035]巖石風(fēng)化層的解譯準(zhǔn)確與否受到巖性識(shí)別準(zhǔn)確度的直接影響。區(qū)域上的巖性我們可以通過(guò)遙感解譯、野外觀察、取樣測(cè)試等方法直接獲得。一個(gè)區(qū)域上出露面積較大的巖石能夠代表區(qū)域巖性特點(diǎn)。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合野外勘察將研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)背景按照地層、巖性等分成不同的地質(zhì)單元。
[0036]通過(guò)野外勘察試驗(yàn)，在劃分地質(zhì)單元體的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)各坡度等級(jí)與巖石風(fēng)化程度的關(guān)系，分析巖石風(fēng)化程度與坡度分級(jí)、地層巖性的耦合關(guān)系，構(gòu)建坡度分級(jí)特征曲線。
[0037]野外出露的巖石不存在巖石未風(fēng)化，因此，分別隨機(jī)選取全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化各100個(gè)地質(zhì)單元，統(tǒng)計(jì)同一風(fēng)化程度的地質(zhì)單元內(nèi)各級(jí)坡度面積占該地質(zhì)單元體總面積的百分比。坡度分級(jí)特征曲線如圖2所示。
[0038]步驟4.建立巖石風(fēng)化程度特征模型
[0039]通過(guò)分析坡度分級(jí)特征曲線，建立如下巖石風(fēng)化程度特征模型:
[0040](I)當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為III的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為全風(fēng)化；
[0041](2)不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化；
[0042](3)不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為III的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為弱風(fēng)化；
[0043](4)剩余巖石的風(fēng)化程度判斷為微風(fēng)化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1.確定巖石風(fēng)化程度相關(guān)指標(biāo):確定地層巖性和坡度為建立巖石風(fēng)化程度劃分豐吳型的相關(guān)指標(biāo)； 步驟2.分析巖石風(fēng)化程度與地層巖性、坡度等級(jí)的耦合關(guān)系； 步驟3.構(gòu)建巖石風(fēng)化程度特征曲線:利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合野外勘察將研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)背景劃分不同的地質(zhì)單元，分別隨機(jī)選取風(fēng)化程度為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化的各N個(gè)地質(zhì)單元；對(duì)于同一風(fēng)化程度的N個(gè)地質(zhì)單元，統(tǒng)計(jì)各坡度等級(jí)的巖石面積占該N個(gè)地質(zhì)單元總面積的百分比，繪制該風(fēng)化程度巖石的特征曲線； 步驟4.建立巖石風(fēng)化程度特征模型:依據(jù)步驟3所述巖石風(fēng)化程度特征曲線，建立巖石風(fēng)化程度特征模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，其特征在于:步驟2中，將坡度劃分為1、11、111、1￥、￥五級(jí)，每次的坡度范圍依次為[0°，5° )、[5°，15。 )、[15。 ，25。 )、[25。 ，35。 )、[35。 ，90。]。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，其特征在于:步驟3中，N = 100。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的巖石風(fēng)化程度提取方法，其特征在于:步驟4中，當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為III的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為全風(fēng)化；不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為II的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化；不考慮已經(jīng)判斷為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化的巖石，當(dāng)坡度等級(jí)為III的面積百分比大于坡度等級(jí)為IV的面積百分比時(shí)，判斷該巖石風(fēng)化程度為弱風(fēng)化；剩余巖石的風(fēng)化程度判斷為微風(fēng)化。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106033490SQ201510107225
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日
【發(fā)明人】于德浩, 龍凡, 李霞, 楊清雷, 王康, 韓天成, 張宣宣, 李秀坤, 張連偉, 張垚, 李航, 陳思揚(yáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍區(qū)司令部工程科研設(shè)計(jì)所