基于遙感信息的選線系統(tǒng)地理環(huán)境建模方法及應(yīng)用研究.pdf

1、根據(jù)中國(guó)鐵路中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，到2020年，中國(guó)將建成2萬(wàn)多公里高速客運(yùn)專線和城際鐵路。高速鐵路和城際鐵路經(jīng)行地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)密布，并且鐵路沿線地理環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境均較復(fù)雜，選線設(shè)計(jì)更注重環(huán)境選線、景觀選線和地質(zhì)選線。傳統(tǒng)的等高線地形圖模型已不能滿足高速鐵路和城際鐵路的選線需求。將遙感技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字地質(zhì)技術(shù)綜合相集成，建立一個(gè)能夠同時(shí)滿足地質(zhì)選線和環(huán)境選線要求的三維可視化選線地理模型，讓工程師在一個(gè)逼真顯示的三

2、維可視化地理環(huán)境中進(jìn)行選線方案設(shè)計(jì)與決策，不僅是鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化、智能化研究領(lǐng)域亟待解決的課題，更是現(xiàn)代鐵路設(shè)計(jì)的需求?；谶@一思想，本文以“基于遙感信息的選線系統(tǒng)三維地理環(huán)境建模方法和應(yīng)用”為主題，對(duì)其中的所涉及的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，從建模方法和算法方面提出了一整套方法并予以實(shí)現(xiàn)。主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下： 1．針對(duì)鐵路選線帶狀大范圍地形的特點(diǎn)，以航測(cè)、衛(wèi)星遙感為數(shù)據(jù)源，以全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)為工具，采用于數(shù)字地形

3、分幅采集方法，以獲取鐵路強(qiáng)帶狀地形特點(diǎn)的地形數(shù)據(jù)，能夠最大程度的減少構(gòu)建三維地形時(shí)的數(shù)據(jù)冗余。對(duì)采集的地形數(shù)據(jù)，提出基于改進(jìn)坡度RMSE與三維可視化聯(lián)合的粗差檢測(cè)與剔除方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DEM粗差有效的檢測(cè)與剔除，保證三維地理環(huán)境的建模精度。 2．提出矢柵一體化的選線系統(tǒng)三維地質(zhì)環(huán)境建模方法。首次將地質(zhì)對(duì)象遙感解譯影像應(yīng)用于鐵路選線系統(tǒng)。根據(jù)選線系統(tǒng)地理環(huán)境特點(diǎn)，提出地質(zhì)對(duì)象文化特征概念，以地質(zhì)對(duì)象的名稱和ID標(biāo)識(shí)號(hào)作為其文化特征，

4、將文化特征作為地質(zhì)對(duì)象特殊的矢量數(shù)據(jù).按照準(zhǔn)確地理位置疊加到地質(zhì)對(duì)象的矢量三維目標(biāo)上，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對(duì)象在三維地理環(huán)境中的定位和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的有效識(shí)別?；赥IN模型、約束TIN模型實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對(duì)象的遙感解譯影像在三維空間的準(zhǔn)確定位，以遙感解譯影像直接表達(dá)地質(zhì)信息。為地質(zhì)對(duì)象建立矢量、柵格影像同時(shí)存在的表達(dá)和描述模式，在此基礎(chǔ)上建立了直觀的三維地質(zhì)環(huán)境。 3．提出基于超地圖模型的選線系統(tǒng)信息管理和組織方法。基于遙感正射影像圖的影像環(huán)境，首次

5、將超地圖概念引入到鐵路選線系統(tǒng)，建立了基于地理信息、地質(zhì)、水文信息、地質(zhì)知識(shí)的選線超地圖模型。實(shí)現(xiàn)基于超目錄結(jié)構(gòu)模型對(duì)這些信息之間關(guān)系的非線性存儲(chǔ)、組織、管理和瀏覽。為選線工程師提供圖文并茂的地質(zhì)、地理和地質(zhì)知識(shí)環(huán)境。 4．提出基于多子庫(kù)鐵路工程地質(zhì)信息庫(kù)建模方法。根據(jù)選線設(shè)計(jì)涉及的地質(zhì)條件的多樣性，將不同類型地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行分類和標(biāo)引，在地質(zhì)知識(shí)表示方法上，提出基于三維可視化的用戶外部知識(shí)表示方法。針對(duì)選線地質(zhì)知識(shí)涉及的不同地理環(huán)

6、境，構(gòu)建了河谷、凍土、風(fēng)沙地區(qū)等各類三維地理環(huán)境，并在該環(huán)境中表達(dá)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的三維可視化表示。為選線工程師提供三維可視的鐵路工程地質(zhì)知識(shí)環(huán)境。針對(duì)選線設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，以認(rèn)知心理學(xué)為依據(jù)，提出基于案例推理的知識(shí)應(yīng)用方法。 5．探索了基于逼真顯示的三維地理環(huán)境的地質(zhì)選線技術(shù)。采用三維目標(biāo)與信息數(shù)據(jù)庫(kù)相連接技術(shù)，解決在三維環(huán)境中直接進(jìn)行選線設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題，包括在逼真顯示的三維地理環(huán)境中線路局部走向選擇，基于遙感地質(zhì)影像環(huán)境的不良地質(zhì)

7、區(qū)域選線方法等。根據(jù)線路穿越的不良地質(zhì)對(duì)象的類型和位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)從知識(shí)庫(kù)中提取選線地質(zhì)知識(shí)，并給出選線建議，以指導(dǎo)選線工程師在不良地質(zhì)區(qū)域的選線設(shè)計(jì)。根據(jù)山區(qū)等地形地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)的選線設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從地質(zhì)選線角度，提出直接根據(jù)方案的設(shè)計(jì)信息獲取方案評(píng)價(jià)指標(biāo)值的思想，建立了基于三維地理環(huán)境的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域線路方案評(píng)價(jià)模型，解決線路多方案的比選問(wèn)題。 6．綜合應(yīng)用三維空間觀察原理、真實(shí)感圖形繪制技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，以O(shè)pe

8、nGL圖形庫(kù)和VC++6．0為開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了線路三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，并與正射和透視兩種模式設(shè)計(jì)相結(jié)合，使得三維可視化技術(shù)不僅用于設(shè)計(jì)成果的直觀表達(dá)，而且融入整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)本文提出的三維虛擬環(huán)境下的選線設(shè)計(jì)思想。 7．基于所提出的理論方法，研制了一個(gè)選線地理環(huán)境建模平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)本文提出的基于航測(cè)和衛(wèi)星信息的三維可視化選線地理環(huán)境模和應(yīng)用技術(shù)。并用實(shí)例對(duì)系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了測(cè)試。驗(yàn)證和測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的建模