一种基于遥感地质条件的道路通行性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，包括：基于YOLOv3目标检测框架，在高分辨率遥感影像中进行地质灾害点检测；根据不同类型岩体坚硬程度、构造结构进行岩体基本质量分级；根据土体基本物理力学参数、土体沉积时代与地下水等影响因素进行土体理论承载力计算，进而进行遥感土体工事构筑坚硬程度划分；根据OSM道路分类进行不同道路初始通行性划分；将灾害影响范围、岩体基本质量分级、土体工事构筑坚硬程度与道路初始通行性进行叠加，得到最终的道路通行性分级。得到最终的道路通行性分级。得到最终的道路通行性分级。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遥感地质条件的道路通行性分析方法


[0001]本专利技术属于道路通行领域，具体涉及一种基于遥感地质条件的道路通行性分析方法。

技术介绍

[0002]在开展野外调查工作时，需要对队伍前进路线进行选择以及对道路通行性进行评价，及时有效的道路通行性评价能够对调查工作带来许多便利以及能够有效规避潜在危险。复杂野外环境下，道路环境复杂，可能受到各类地质灾害的影响。现有的通行性分析方法多从地形入手，即通过坡度等因子对通行性进行评价，没有考虑到道路所在区域岩体质量、土体坚硬程度以及地质灾害等因素对道路通行能力的影响。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，采用如下的技术方案：
[0004]基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，包括如下步骤：
[0005]S1，基于高分辨率遥感影像，进行地质灾害检测，得到灾害影响范围；
[0006]S2，基于遥感数据进行岩体基本质量等级分级；
[0007]S3，基于土体基本物理学参数、土体成因、沉积时代因素进行遥感土体工事构筑坚硬程度划分；
[0008]S4，先对对道路进行分类，依据分类结果进行道路初始通行性赋值及缓冲区构建；
[0009]S5，将灾害影响范围、岩体基本质量分级、土体工事构筑坚硬程度与道路初始通行性进行栅格叠加求和，按照易通行、可通行、难通行进行重分类之后得到最终的道路通行性结果。
[0010]进一步的，S1的具体实现方式如下；<br/>[0011]1.1，将滑坡、泥石流、崩塌这些地质灾害矢量数据与高分辨率遥感影像数据进行叠加，经过数据标注、裁剪与增强后，得到地质灾害检测数据集；
[0012]1.2，使用1.1中的地质灾害检测数据集，基于YOLOv3目标检测框架进行模型训练与测试；
[0013]1.3，利用训练得到的地质灾害检测模型对遥感影像进行地质灾害检测，得到地质灾害点；
[0014]1.4，对灾害点构建缓冲区并进行栅格化，得到灾害影响范围。
[0015]进一步的，S2的具体实现方式如下；
[0016]2.1，根据不同类型岩体的抗压强度经验值以及岩体风化程度，进行岩石坚硬程度定性划分，将岩体划分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩与极软岩五类，相应地赋值至岩体要素中，并进行栅格化处理；
[0017]2.2，根据岩体构造结构面形成原理，利用ArcGIS线密度分析工具对岩体构造密度
进行分类赋值，得到岩体构造结构面影响因素；
[0018]2.3，成岩阶段形成的原生结构面对岩体的特征有较大影响，根据各类岩体成岩特征，对岩体原生结构完整性进行赋值，得到岩体原生结构面影响因素；
[0019]2.4，对岩体构造结构面影响因素与原生结构面影响因素进行栅格叠加求和，重分类之后得到岩体完整性程度分级；
[0020]2.5，利用2.1中得到的岩体坚硬程度与2.4中得到的岩体完整性程度分级进行栅格叠加求和，重分类后得到岩体基本质量等级分级。
[0021]进一步的，S3的具体实现方式如下；
[0022]3.1，将道路建设视为普通工事建设，通过查阅《工程地质手册》获得各类土体的平均物理力学指标，根据土体物理力学指标，进行遥感土体理论承载力计算，赋值后得到遥感土体工事构筑理论承载力赋值图；
[0023]3.2，土体沉积时代因素通过影响土体密度及孔隙率，直接影响土体的重度、粘聚力与内摩擦角，将所有土体按照沉积时间分为三类，分别对应中更新世及之前沉积土体、晚更新世沉积土体、全新世沉积土体，分别赋予土地承载力调整系数，得到土体沉积时代影响因素赋值图；
[0024]3.3，地下水通过影响土体的重度与土体内摩擦角对土体的理论承载力进行影响，利用ArcGIS中的欧式距离分析工具，将土体范围划分为饱水区与自然含水区，分别赋予不同的调整系数，得到土体理论承载力地下水影响因素赋值图；
[0025]3.4，对土体理论承载力、沉积时代影响因素与地下水影响因素进行栅格求积计算，具体为在土体理论承载力的基础上乘以影响因素的调整系数，根据得到的土体理论承载力，将土体划分为夹石土、松软土、中等土与硬土，赋值分类后得到遥感土体工事构筑坚硬程度。
[0026]进一步的，S4的具体实现方式如下；
[0027]4.1，按照OSM道路数据中的fclass字段，将道路划分为城市主干道、城市次干道、城市支路、高架及快速路、郊区乡村道路、内部道路、人行道路、自行车道与其他七类；
[0028]4.2，根据道路类别对道路进行初始通行性定义及赋值，其中城市主干道、城市次干道、城市支路、高架及快速路赋予“易通行”，郊区乡村道路、内部道路与其他类别赋予“较易通行”，其余类别赋予“难通行”，同时赋予对应的值；
[0029]4.3，考虑到土体、岩体及地质灾害对道路通行的影响，对道路构建缓冲区，并将缓冲区进行栅格化，赋予道路初始通行性值。
[0030]进一步的，2.1中YOLOv3首先将原始图片缩放到416
×
416的大小，将原始图像按照特征图的尺度大小划分为S
×
S个等大的单元格，在特征图为13
×
13,26
×
26,52
×
52的三个尺度上进行检测，每个单元格有3个nchor boxes预测3个边界框；
[0031]在每一个单元格上会为每一个边界框预测4个值，即目标框(x,y)坐标与宽w和高h分别记为t
x
，t
y
，t
w
，t
h
，目标中心在单元格中相对于图像左上角有偏移(c
x
，c
y
)，anchor box具有高度和宽度p
w
，p
h
，则修正后的边界框为：
[0032]b
x
＝σ(t
x
)+c
x
[0033]b
y
＝σ(t
y
)+c
y
[0034][0035][0036]在训练过程中，使用误差平方和作为损失函数，假设真实坐标为t
w
，则梯度可以通过最小化损失函数求得，梯度为真实坐标值减去预测坐标值：
[0037]进一步的，3.1中理论承载力计算公式如下；
[0038]f
a
＝M
b
γb+M
d
γ
m
d+M
c
c
k
[0039]式中：
[0040]f
a
——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，单位为kPa；
[0041]M
b
、M
d
、M
c
——承载力系数；
[0042]b——基础底面宽度，大于6m时按6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，基于高分辨率遥感影像，进行地质灾害检测，得到灾害影响范围；S2，基于遥感数据进行岩体基本质量等级分级；S3，基于土体基本物理学参数、土体成因、沉积时代因素进行遥感土体工事构筑坚硬程度划分；S4，先对对道路进行分类，依据分类结果进行道路初始通行性赋值及缓冲区构建；S5，将灾害影响范围、岩体基本质量分级、土体工事构筑坚硬程度与道路初始通行性进行栅格叠加求和，按照易通行、可通行、难通行进行重分类之后得到最终的道路通行性结果。2.如权利要求1所述的基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，其特征在于：S1的具体实现方式如下；1.1，将滑坡、泥石流、崩塌这些地质灾害矢量数据与高分辨率遥感影像数据进行叠加，经过数据标注、裁剪与增强后，得到地质灾害检测数据集；1.2，使用1.1中的地质灾害检测数据集，基于YOLOv3目标检测框架进行模型训练与测试；1.3，利用训练得到的地质灾害检测模型对遥感影像进行地质灾害检测，得到地质灾害点；1.4，对灾害点构建缓冲区并进行栅格化，得到灾害影响范围。3.如权利要求1所述的基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，其特征在于：S2的具体实现方式如下；2.1，根据不同类型岩体的抗压强度经验值以及岩体风化程度，进行岩石坚硬程度定性划分，将岩体划分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩与极软岩五类，相应地赋值至岩体要素中，并进行栅格化处理；2.2，根据岩体构造结构面形成原理，利用ArcGIS线密度分析工具对岩体构造密度进行分类赋值，得到岩体构造结构面影响因素；2.3，成岩阶段形成的原生结构面对岩体的特征有较大影响，根据各类岩体成岩特征，对岩体原生结构完整性进行赋值，得到岩体原生结构面影响因素；2.4，对岩体构造结构面影响因素与原生结构面影响因素进行栅格叠加求和，重分类之后得到岩体完整性程度分级；2.5，利用2.1中得到的岩体坚硬程度与2.4中得到的岩体完整性程度分级进行栅格叠加求和，重分类后得到岩体基本质量等级分级。4.如权利要求1所述的基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，其特征在于：S3的具体实现方式如下；3.1，将道路建设视为普通工事建设，通过查阅《工程地质手册》获得各类土体的平均物理力学指标，根据土体物理力学指标，进行遥感土体理论承载力计算，赋值后得到遥感土体工事构筑理论承载力赋值图；3.2，土体沉积时代因素通过影响土体密度及孔隙率，直接影响土体的重度、粘聚力与内摩擦角，将所有土体按照沉积时间分为三类，分别对应中更新世及之前沉积土体、晚更新世沉积土体、全新世沉积土体，分别赋予土地承载力调整系数，得到土体沉积时代影响因素
赋值图；3.3，地下水通过影响土体的重度与土体内摩擦角对土体的理论承载力进行影响，利用ArcGIS中的欧式距离分析工具，将土体范围划分为饱水区与自然含水区，分别赋予不同的调整系数，得到土体理论承载力地下水影响因素赋值图；3.4，对土体理论承载力、沉积时代影响因素与地下水影响因素进行栅格求积计算，具体为在土体理论承载力的基础上乘以影响因素的调整系数，根据得到的土体理论承载力，将土体划分为夹石土、松软土、中等土与硬土，赋值分类后得到遥感土体工事构筑坚硬程度。5.如权利要求1所述的基于遥感地质条件的道路通行性分析方法，其特征在于：S4的具体实现方式如下；4.1，按照OSM道路数据中的fclass字段，将道路划分为城市主干道、城市次干道、城市支路、高架及快速路、郊区乡村道路、内部道路、人行道路、自行车道与其他七类；4.2，根据道路类别对道路进行初始通行性定义及赋值，其中城市主干道、城市次干道、城市支路、高架及快速路赋予“易通行”，郊区乡村道路、内部道路与其他类别赋予“较易通行”，其余类别赋予“难通行”，同时赋予对应的值；4.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：眭海刚，胡烈云，马国锐，张志军，苏小钦，
申请(专利权)人：中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心，
类型：发明
国别省市：