一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法
【专利摘要】本发明属于遥感地质技术领域，具体涉及一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法。本发明的方法包括以下步骤：确定岩石风化程度相关指标；分析岩石风化程度与地层岩性、坡度等级的耦合关系；构建岩石风化程度特征曲线；建立岩石风化程度特征模型。本发明解决了现有方法难以准确、快速地提取岩石风化程度的技术问题，发挥遥感快速、大面积获取信息的优势，能够准确、快速地提取岩石风化程度，可以用于海量数据的岩石风化程度划分。
【专利说明】
一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法
技术领域
[0001]本发明属于遥感地质技术领域，具体涉及一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法。
【背景技术】
[0002]岩石风化作用是指使岩石矿物成分、结构状态和物理力学性质等发生变化的各种作用的综合，其主要包括太阳、大气、水和生物等各种作用因素。
[0003]风化是影响岩石工程性质的重要因素之一，准确划分岩石的风化程度是为工程设计提供安全的设计参数的一项重要内容。岩石风化程度的划分及工程特性研究，对于大型水电工程、高层建筑、道路桥梁等工程建筑基面的选择以及地基基础设计施工方案的确定起着关键性作用，对评价围岩的稳定和边坡工程亦具有重要意义。岩石风化所导致的矿物组成、结构构造的变化对工程活动极为不利，所造成的地质、工程灾害越来越多，如建筑基础的稳定，边坡的稳定等都与岩石的风化有关。
[0004]目前国内外工程地质界对于岩石风化的研究主要是以野外调查及物探、钻探等地面方法为主，对于岩石风化程度的划分多采用工程地质定性评价方法，从岩石结构、岩石颜色、矿物成分、岩石破碎程度等方面综合分析确定。也有部分专家学者开始研究岩石风化程度的定量划分。
[0005]遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴的综合性探测技术，它集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，被广泛应用于军事、海洋、气象、地球资源普查、环境监测等领域，是当代高新技术的一个重要组成部分。随着卫星遥感的发展，遥感技术也被引入到岩石风化程度的研究中，将遥感技术引入风化程度划分，主要是考虑到它们的空间数据采集、管理能力和强大的空间数据分析能力，将其作为风化程度划分的分析工具，来加速风化程度划分的过程。目前利用卫星遥感数据对风化程度研究的方法主要有两种:光谱特征分析法和目视解译法。
[0006]具体而言，现有岩石风化研究方法主要存在以下缺陷:
[0007](I)利用地面方法研究风化程度投入的人力、物力、财力巨大，其工作效率也很低，难以满足海量数据背景下对风化程度研究的需求；此外，对于很多地质复杂区域，尤其是高植被覆盖区，利用地面方法研究风化程度很难实现。
[0008](2)利用岩石的光谱特征研究风化程度主要存在以下问题:①植被覆盖度较大等岩石露头小(少)地区，无法反应岩石的光谱特征，使岩石风化程度的解译遇到困难；②对于同物异谱、同谱异物的情况，解译出的风化精度明显下降，甚至出现错误；③《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)中对微风化的描述为岩质新鲜，色泽光鲜，因此，难以通过光谱特征研究微风化。
[0009](3)利用遥感目视解译判读风化程度，不仅时间消耗较大，而且难以精确划分岩石风化程度。
【发明内容】
[0010]本发明需要解决的技术问题为:现有技术难以准确、快速地提取岩石风化程度。
[0011]本发明的技术方案如下所述:
[0012]—种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，包括以下步骤:
[0013]步骤1.确定岩石风化程度相关指标:确定地层岩性和坡度为建立岩石风化程度划分模型的相关指标；
[0014]步骤2.分析岩石风化程度与地层岩性、坡度等级的耦合关系；
[0015]步骤3.构建岩石风化程度特征曲线:利用卫星遥感数据，结合野外勘察将研究区内的地质背景划分不同的地质单元，分别随机选取风化程度为全风化、强风化、弱风化和微风化的各N个地质单元；对于同一风化程度的N个地质单元，统计各坡度等级的岩石面积占该N个地质单元总面积的百分比，绘制该风化程度岩石的特征曲线；
[0016]步骤4.建立岩石风化程度特征模型:依据步骤3所述岩石风化程度特征曲线，建立岩石风化程度特征模型。
[0017]作为优选方案:步骤2中，将坡度划分为1、II JILIV, V五级，每次的坡度范围依次为[0°，5。)、[5°，15。)、[15。，25。)、[25。，35。)、[35。，90。]。
[0018]作为优选方案:步骤3中，N = 100。
[0019]作为优选方案:步骤4中，当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为III的面积百分比时，判断该岩石风化程度为全风化；不考虑已经判断为全风化的岩石，当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为强风化；不考虑已经判断为全风化、强风化的岩石，当坡度等级为III的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为弱风化；剩余岩石的风化程度判断为微风化。
[0020]本发明的有益效果为:
[0021](I)本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，发挥遥感快速、大面积获取信息的优势，能够准确、快速地提取岩石风化程度，可以用于海量数据的岩石风化程度划分；
[0022](2)本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，利用卫星遥感数据划分岩石风化程度的精度，为岩土体等级划分及工程建设提供基础数据。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法流程图；
[0024]图2为本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法的岩石风化程度特征曲线。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法进行详细说明。
[0026]本发明的一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，包括以下步骤:
[0027]步骤1.确定岩石风化程度相关指标
[0028]选取典型试验区进行野外勘测试验，在现有研究基础上，分析岩石风化程度与地质环境因子的关系，将对岩石风化程度具有极强的指示作用的地层岩性、坡度等指标确定为备选指标，由于遥感技术在岩性识别和坡度提取方面已经相当成熟，因此确定地层岩性和坡度为建立岩石风化程度划分模型的相关指标。
[0029]步骤2.分析岩石风化程度与地层岩性、坡度分级的耦合关系
[0030]关于地层岩性:
[0031]不同岩石类型的抗风化能力差异缘于岩性的差别，岩石的矿物成分、粒径大小、地质年代等都能影响岩石的抗风化能力。一般情况下，同一岩性，时代越古老的岩石越容易风化；同一时代的岩石，岩石硬度等级越高，岩石风化程度越低。
[0032]关于坡度分级:
[0033]坡度对于岩石风化程度具有相当强的指示作用，岩石在受到冻融、风蚀、日晒等风化作用后，由于受到重力、冲刷等外动力搬运作用，最终形成比较稳定的地貌特征，可以通过不同的地貌特征，对原岩性质做出判断。一般情况下，坡度较平缓的地区比坡度陡的地区岩石风化程度大。根据DEM提取坡度，结合《GBT15772-2008水土保持综合治理规划通则》将坡度划分为1、11、111、1￥、￥五级，每次的坡度范围依次为<5°、5°?15°、15°?25。、25° ?35°、> 35°。
[0034]步骤3.构建岩石风化程度特征曲线
[0035]岩石风化层的解译准确与否受到岩性识别准确度的直接影响。区域上的岩性我们可以通过遥感解译、野外观察、取样测试等方法直接获得。一个区域上出露面积较大的岩石能够代表区域岩性特点。利用卫星遥感数据，结合野外勘察将研究区内的地质背景按照地层、岩性等分成不同的地质单元。
[0036]通过野外勘察试验，在划分地质单元体的基础上，统计各坡度等级与岩石风化程度的关系，分析岩石风化程度与坡度分级、地层岩性的耦合关系，构建坡度分级特征曲线。
[0037]野外出露的岩石不存在岩石未风化，因此，分别随机选取全风化、强风化、弱风化和微风化各100个地质单元，统计同一风化程度的地质单元内各级坡度面积占该地质单元体总面积的百分比。坡度分级特征曲线如图2所示。
[0038]步骤4.建立岩石风化程度特征模型
[0039]通过分析坡度分级特征曲线，建立如下岩石风化程度特征模型:
[0040](I)当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为III的面积百分比时，判断该岩石风化程度为全风化；
[0041](2)不考虑已经判断为全风化的岩石，当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为强风化；
[0042](3)不考虑已经判断为全风化、强风化的岩石，当坡度等级为III的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为弱风化；
[0043](4)剩余岩石的风化程度判断为微风化。
【主权项】
1.一种基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1.确定岩石风化程度相关指标:确定地层岩性和坡度为建立岩石风化程度划分丰吴型的相关指标； 步骤2.分析岩石风化程度与地层岩性、坡度等级的耦合关系； 步骤3.构建岩石风化程度特征曲线:利用卫星遥感数据，结合野外勘察将研究区内的地质背景划分不同的地质单元，分别随机选取风化程度为全风化、强风化、弱风化和微风化的各N个地质单元；对于同一风化程度的N个地质单元，统计各坡度等级的岩石面积占该N个地质单元总面积的百分比，绘制该风化程度岩石的特征曲线； 步骤4.建立岩石风化程度特征模型:依据步骤3所述岩石风化程度特征曲线，建立岩石风化程度特征模型。2.根据权利要求1所述的基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，其特征在于:步骤2中，将坡度划分为1、11、111、1￥、￥五级，每次的坡度范围依次为[0°，5° )、[5°，15。 )、[15。 ，25。 )、[25。 ，35。 )、[35。 ，90。]。3.根据权利要求1或2所述的基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，其特征在于:步骤3中，N = 100。4.根据权利要求2所述的基于卫星遥感技术的岩石风化程度提取方法，其特征在于:步骤4中，当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为III的面积百分比时，判断该岩石风化程度为全风化；不考虑已经判断为全风化的岩石，当坡度等级为II的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为强风化；不考虑已经判断为全风化、强风化的岩石，当坡度等级为III的面积百分比大于坡度等级为IV的面积百分比时，判断该岩石风化程度为弱风化；剩余岩石的风化程度判断为微风化。
【文档编号】G06F19/00GK106033490SQ201510107225
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】于德浩, 龙凡, 李霞, 杨清雷, 王康, 韩天成, 张宣宣, 李秀坤, 张连伟, 张垚, 李航, 陈思扬
【申请人】中国人民解放军沈阳军区司令部工程科研设计所