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地形三维可视化 在川藏公路典型路段中的应用 曾钱帮 刘大安 潘 炜 （中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室 北京 100029） 【摘要】本文利用数字化方法，将地形平面图和有关区域地质资料数字化之后，成功地实现了川藏公路典型路段三维地形 的显示和实时浏览，为进一步利用地理信息系统进行研究区地层岩性、地质构造和地质灾害分布的叠加分析以及对地质灾害的专门性研究提供了矢量化的地形底图。 川藏公路典型路段的三维地形可视化工作对于川藏铁路的选线、绕避地质灾害多发地段和铁路隧道位置选择等都有一定的参考价值。 【关键词】地形三维可视化 工程地质 地质灾害 川藏铁路 1 前言 川藏公路东起成都，西止拉萨，全长2155km ，它不但是西部大开发战略的重要组成部分，而且也 是我国重要的国防干线。帕隆藏布流域位于西藏东南部雅鲁藏布江大拐弯东北侧。川藏公路自安久拉山口（海拔4668 m）进入该流域，沿着江右岸通行，从拉月曲上游鲁 郎、翻色季拉山口（海拔4556 m）出流域，全段长271.4 km。由于地质地貌、水文气候等自然环境复杂，导 致流域内沿公路线分布的地质灾害成为整个川藏公路灾害类型最多、分布最密、发生频率最高的路段。频繁的泥石流和滑坡崩塌，使沿江线路路况日趋恶化，车毁人 亡事件屡屡发生，阻车断道现象十分严重。帕隆藏布流域地质灾害的研究对该区建设具有很强的现实指导意义，因此吸引了许多科研工作者的研究目光[1,2]。 应用测绘学、现代数学和计算机图形学等学科理论，将平面地形图的数字化，在通用计算机上实现研究区三维地形的显示和实时浏览，不仅对研 究区的独特地形地貌有一个直观的认识，而且为进一步利用地理信息系统对研究区地层岩性、地质构造和地质灾害分布进行叠加分析以及对地质灾害的研究提供了部 分矢量化的地形底图。 2 研究区地貌特征 研究区（林芝－八宿路段）位于雅鲁藏布江大拐弯北段，地处板块缝合带及其南北侧的喜马拉雅山、冈底斯山和念青唐古拉山等著名的年轻活动 造山带。因地壳迅速抬升，河流深切，地表遭受强烈剥蚀风化作用，区内残积、坡积、重力堆积、泥石流和冰川较为发育。冲积和洪积物多分布在较大河流及主干支 流的宽谷和支沟沟口地带，而在“V”形峡谷内则分布极少。帕隆藏布流域距印度洋的最短距离为750～800 Km，正对雅鲁藏布下游和察隅河水汽通道，又是地 质构造上的板块碰撞带。这一特定位置导致了流域地貌的特殊性[1,2]，表现在：格子状水系发育；绝对和相对高度大，河流深切，山坡陡峻；古冰川发育；现代 海洋性冰川发育，面积大；冰湖发育；河谷宽窄相间，有多个宽谷盆地。 3 研究区地质灾害类型特征 研究区处在板块碰撞挤压接触带，强烈隆升的青藏高原的特殊地理位置，不仅自然条件恶劣，地质构造复杂，自然灾害种类繁多、密度大、规模 大、发生频率高、性质严重。该区受到雅鲁藏布江及帕隆藏布江等主要河流的快速下切和强烈侵蚀的影响，沿线地形地貌复杂，线路穿越地区以高山峡谷为主，地形 陡峻险要。复杂的地形地貌条件为地质灾害的发生创造了有利条件。区内地层岩性变化大，软硬相间，构造运动强烈，地震活动频繁，活动断裂发育，并伴有岩浆 岩、喷出岩活动，从而导致岩层和褶皱轴部近于直立，岩体破碎，软弱结构面发育，工程地质性质特殊，线路经通麦－林芝地震带，地震烈度高达Ⅷ－Ⅸ度，这些条 件都是形成地质灾害的内在因素和诱发因素。区内属高原气候，复杂多变，昼夜温差大，冻融作用强烈。由于强烈的寒冻物理风化和卸荷裂隙的联合作用，造成斜坡 岩体破裂成碎块状，崩塌、滑坡、滚石和固体碎屑流（线状、面状）等物理地质现象发育，为地质灾害的大规模发生准备了大量的固体碎屑物质来源。区内气候垂直 分带明显，降雨分配不均，主要集中在夏秋两季，暴雨集中，雨量较大，对暴雨型泥石流的形成很有利。高原、高山区海拔4200～5000 m以上是冰雪覆盖和现代冰川发育区，第四纪冰碛物 发育厚度和体积巨大，易形成青藏高原特有的冰川泥石流和冰湖溃决型泥石流，这些又是促使该区地质灾害多发的外在因素。在内因和外因的共同作用下，沿线的山 地灾害成为整个川藏公路西藏境内中类型最多、分布最密、发生频率最高的路段。 4 研究区地形图矢量数字化与DEM数据获取 对研究区地形进行三维显示，需准备好矢量化的地形底图，即从地形图上获取研究区DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型） 数据。从地形图上采集DEM通常有两种方法：手扶跟踪方法和扫描矢量化方法[3]。由于手扶跟踪方法作业劳动强度大、效率低、所采用的数据精度难以保证（特别是遇到线 条稠密地区，几乎无法进行）等缺点，采用该方法来完成大面积DEM数据的采集任务是不现实的。 随着高性能计算机的发展、扫描技术的成熟以及数字图像处理技术的不断发展和应用，目前利用地图扫描