航空攝影(yǐng)技術在鐵路工程測量中的(de)應用(yòng)

發布日期：2018-05-29 00:00 浏覽量：9515

　　一、前言

　　伴随世界範圍内的(de)電子計算(suàn)技術的(de)迅猛發展，并應用(yòng)到航空攝影(yǐng)測量專業，航空攝影(yǐng)測量迅速進入解析攝影(yǐng)測量時(shí)代。航空攝影(yǐng)技術在鐵路工程測量中的(de)主要應用(yòng)，爲我國鐵路的(de)工程施工、安全運輸、技術改造和(hé)科學管理(lǐ)做(zuò)出了(le)突出貢獻。

　　二、航空攝影(yǐng)測量技術發展曆程

　　航空攝影(yǐng)測量技術從19世紀初産生以來(lái)，經曆了(le)一個(gè)世紀的(de)發展，實現了(le)一次又一次技術上的(de)飛(fēi)躍，如今已成爲地理(lǐ)信息原始數據獲取的(de)主要技術手段。本文在航空攝影(yǐng)技術起源開始直到目前數字攝影(yǐng)測量時(shí)代的(de)技術發展進程中發現，目前IMU/DGPS輔助航空攝影(yǐng)測量技術在國際上屬新興技術，随著(zhe)技術進步和(hé)應用(yòng)實踐日益成熟，并逐步應用(yòng)到航空遙感的(de)各個(gè)領域。2004年國際攝影(yǐng)測量與遙感大(dà)會上。該技術也(yě)是重點討(tǎo)論技術之一。會議(yì)認爲該技術是對(duì)傳統的(de)攝影(yǐng)測量的(de)重要革新，是未來(lái)航空遙感和(hé)航空攝影(yǐng)測量技術發展的(de)趨勢。

　　首先，數字航空攝影(yǐng)像機、機載GPS輔助測量、IMU／DGPS已經在國家基礎航空攝影(yǐng)項目得(de)到大(dà)量應用(yòng)，但對(duì)鐵路測繪1：2 000比例尺以上的(de)地形圖(鐵專院曾做(zuò)過機載GPS試驗，鐵三院也(yě)少量使用(yòng)過數碼航片測繪地形圖)以上，在技術上要達到規模化(huà)的(de)實際生産應用(yòng)，其發展趨勢是不容置疑的(de)。另外，機載激光(guāng)探測與測距系統(LIDAR)、數碼航攝儀、機載GPS及慣性導航系統(INS)有機結合，使用(yòng)大(dà)容量高(gāo)速計算(suàn)機，經過專用(yòng)軟件處理(lǐ)，可(kě)在空中完成地面高(gāo)程模型DEM及數字正射影(yǐng)像圖DOM的(de)生産模式，将大(dà)大(dà)提高(gāo)航測成圖的(de)作業生産效率，減少生産環節，縮短生産周期，提高(gāo)成圖精度，提供更爲豐富的(de)地理(lǐ)信息。我們相信，在不遠(yuǎn)的(de)将來(lái)LIDAR系統将走進鐵路航空攝影(yǐng)測量行列中來(lái)，科學技術的(de)不斷發展将給鐵路航空攝影(yǐng)測量帶來(lái)不斷的(de)變化(huà)，就像電子計算(suàn)機技術帶來(lái)了(le)數字航空攝影(yǐng)測量時(shí)代的(de)巨大(dà)變革一樣，一切都是可(kě)能的(de)。

　　三、航測技術進入我國鐵路測量的(de)必要性分(fēn)析

　　（一）既有鐵路測量隻有引入先進技術才能适應鐵路運輸發展的(de)需要

　　20世紀80年代，開放改革政策促使我國國民經濟高(gāo)速發展，國家開始對(duì)鐵道部門提出挖潛、提高(gāo)速度、提高(gāo)運量的(de)要求。面對(duì)全國上萬千米的(de)鐵路線，當時(shí)的(de)技術力量與手段隻能進行線上與鐵路相關建築物(wù)的(de)測量工作，在既有鐵路測量中引人(rén)先進的(de)測繪技術已成爲當務之急。1984年，鐵道部專業設計院向鐵道部送上《關于在鐵路營業線上積極采用(yòng)航測遙感技術的(de)建議(yì)》，李森茂部長(cháng)做(zuò)出“這(zhè)項工作應該支持去做(zuò),但應按急需分(fēn)步去搞”的(de)重要批示。1985年3月(yuè)鐵道部委托基建總局舉辦“鐵路航測知識技術幹部普及班”，專業設計院授課，主要參加人(rén)員(yuán)是各鐵路局主管工務的(de)領導。孫永福副部長(cháng)在開學典禮上講話(huà)，強調要在鐵路複測中推廣應用(yòng)航測技術。此後，航測在既有鐵路測量中應用(yòng)得(de)到較快(kuài)發展，至今已成爲我國既有鐵路測量的(de)重要技術。

　　（二）航測技術進入既有鐵路測量産生巨大(dà)的(de)社會經濟效益

　　據鄭州鐵路局統計，既有鐵路測量采用(yòng)航測技術可(kě)以縮短複測周期，比地面人(rén)工測量快(kuài)3-4倍。航測測繪的(de)大(dà)比例尺圖比人(rén)工地面測繪的(de)質量高(gāo)，通(tōng)過調繪資料可(kě)檢查糾正、補充現場(chǎng)測量、調查的(de)錯誤和(hé)不足，從而獲得(de)準确、詳細的(de)鐵路帶狀地形圖；鐵路局采用(yòng)航測比地面測繪節省經費10%-20%。據北(běi)京局統計，采用(yòng)航測方法僅用(yòng)6年時(shí)間就完成了(le)用(yòng)常規方法需20年才能完成的(de)複測任務，費用(yòng)僅爲地面人(rén)工測量的(de)50%。既有鐵路測量引入航測先進技術具有以下(xià)的(de)主要作用(yòng)：(1)加決既有鐵路複測工作進度，及時(shí)建立起反映現場(chǎng)狀況的(de)鐵路台帳；(2)有效地解決鐵路用(yòng)地測量問題，較快(kuài)地完成鐵路地籍測量；(3)可(kě)獲取詳盡、豐富、逼真、準确的(de)地物(wù)、地貌信息，擴大(dà)了(le)測量成果的(de)應用(yòng)範圍,成圖範圍大(dà)于地面人(rén)工測量；(4)通(tōng)過航測手段，獲取大(dà)量的(de)圖形圖像數據，建立鐵路工務用(yòng)地等管理(lǐ)信息系統，提高(gāo)鐵路運輸管理(lǐ)的(de)科學性。據了(le)解,既有鐵路航測成果不僅用(yòng)于工務，還(hái)用(yòng)于土地、房(fáng)管、運輸、機務、電力、規劃、設計、路基防洪、公安保衛、環境保護。既有鐵路航測爲鐵路技術改造、電氣化(huà)改造和(hé)幹線提速等提供了(le)豐富、可(kě)靠的(de)基礎技術資料。

　　四、航空攝影(yǐng)技術在鐵路工程測量中的(de)應用(yòng)展望

　　我國現代既有鐵路航測主要表現在兩方面。一方面是使用(yòng)先進的(de)測繪設備、新的(de)測繪技術；另一方面是爲用(yòng)戶(鐵路局)提供高(gāo)科技産品，爲鐵路運輸安全，實現信息化(huà)和(hé)現代化(huà)管理(lǐ)創造條件。

　　比如，鐵路航空攝影(yǐng)一般爲黑(hēi)白片航空攝影(yǐng)。無論從技術，還(hái)是經濟角度，黑(hēi)白航空攝影(yǐng)已完全滿足了(le)鐵路航測制圖的(de)需要。但是，現在的(de)情況發生了(le)變化(huà)，測繪鐵路1：2 000比例尺地形圖仍采用(yòng)傳統的(de)黑(hēi)白片航空攝影(yǐng)，但在有特殊需要的(de)鐵路樞紐和(hé)大(dà)型車站時(shí)，開始使用(yòng)彩色航空攝影(yǐng)，例如鐵四院在武昌-廣州鐵路客運專線項目中，對(duì)困難複雜(zá)的(de)長(cháng)沙地區(qū)實施了(le)真彩色航空攝影(yǐng)；一般既有鐵路複測也(yě)是黑(hēi)白片航空攝影(yǐng)，但很多(duō)鐵路局也(yě)開始要求對(duì)既有鐵路實施真彩色航空攝影(yǐng)，并提供彩色正射影(yǐng)像圖，使提交的(de)既有鐵路複測資料面貌一新。此外，由于現有市場(chǎng)招投标競争的(de)複雜(zá)性，高(gāo)科技含量往往具有更大(dà)的(de)奪标勝算(suàn)，所以，一些地鐵、輕軌項目也(yě)逐步采用(yòng)大(dà)比例尺彩色航空攝影(yǐng)。例如，鐵二院完成的(de)深圳-龍崗地鐵項目采用(yòng)了(le)1：4 500大(dà)比例尺彩色航空攝影(yǐng)，收到良好效果。

　　（一）結合鐵路測量的(de)實際，發揮衛星定位，即全球定位系統(GPS)的(de)測量作用(yòng)

　　GPS技術在既有鐵路航測中的(de)主要應用(yòng)範圍是：航空攝影(yǐng)。在航空攝影(yǐng)時(shí)，使用(yòng)GPS導航，可(kě)以取得(de)質量更好的(de)航空攝影(yǐng)資料。既有鐵路航測外業。根據鐵路測量是沿鐵路的(de)帶狀測量，建立窄帶狀的(de)GPS控制網，采用(yòng)靜态測量方式，進行高(gāo)精度的(de)導線測量。另外以快(kuài)速靜态測量方式測定像控點、線路聯測點。實時(shí)動态(RTK)定位技術是以載波相位觀測值爲根據的(de)實時(shí)差分(fēn)GPS(RTDGPS)技術，它是GPS測量技術發展的(de)一個(gè)新突破，在鐵路工程中有廣闊的(de)應用(yòng)前景實時(shí)動态定位(RTK)系統由基準站和(hé)流動站組成，建立無線數據通(tōng)訊是實時(shí)動态測量的(de)保證。其原理(lǐ)是取點位精度較高(gāo)的(de)首級控制點作爲基準點，安置一台接收機作爲參考站，對(duì)衛星進行連續觀測，流動站上的(de)接收機在接收衛星信号的(de)同時(shí)，通(tōng)過無線電傳輸設備接收基準站上的(de)觀測數據，随機計算(suàn)根據相對(duì)定位的(de)原理(lǐ)實時(shí)計算(suàn)顯示出流動站的(de)三維坐(zuò)标和(hé)測量精度。這(zhè)樣用(yòng)戶就可(kě)以實時(shí)監測待測點的(de)數據觀測質量和(hé)基線解算(suàn)結果的(de)收斂情況，根據待測點的(de)精度指标，确定觀測時(shí)間，從而減少冗餘觀測，提高(gāo)工作效率。

　　（二）充分(fēn)應用(yòng)電子計算(suàn)技術，實現内外業一體化(huà)和(hé)CAD技術自動繪圖

　　在既有鐵路航測外業和(hé)複測中，充分(fēn)使用(yòng)電子計算(suàn)機技術。全站儀與計算(suàn)機配套使用(yòng)，控制測量及曲線測量中所有數據，作到互相傳輸通(tōng)訊，并應用(yòng)自行研制的(de)從野外測量數據獲取到數據處理(lǐ)軟件，對(duì)數據實時(shí)處理(lǐ)，而這(zhè)些結果能與航測内業軟件接口，實現航測外、内業一體化(huà)。

　　（三）鐵路帶狀電子影(yǐng)像圖集和(hé)三維景觀圖

　　電子計算(suàn)技術與影(yǐng)像處理(lǐ)技術相結合，可(kě)制作既有鐵路的(de)帶狀電子影(yǐng)像圖集。該圖集是航空攝影(yǐng)影(yǐng)像與數字線劃圖的(de)結合，直觀地反映既有鐵路現場(chǎng)的(de)各種信息。電子版影(yǐng)像數據無需任何圖像軟件就能打開，方便使用(yòng)。沿線三維景觀圖直觀地再現鐵路及兩側的(de)地物(wù)、地貌，有利于搶險救災和(hé)立交道口的(de)技術改造。由模拟儀器過度到數字化(huà)成圖系統，在采集方法上有了(le)較明(míng)顯的(de)變化(huà)，航空攝影(yǐng)測量大(dà)比例地形圖應該說精度較高(gāo)。對(duì)于 5%高(gāo)程較差大(dà)于 0.3m 是由于測标切準地面時(shí)分(fēn)不清所緻，應提高(gāo)作業員(yuán)判斷立體影(yǐng)像的(de)能力，對(duì)于山區(qū)在選擇像片控制點時(shí)，應注意點位分(fēn)布，對(duì)于鐵路工程來(lái)說，在當今鐵路發展迅猛，邊遠(yuǎn)山區(qū)鐵路建設對(duì)我國經濟發展也(yě)很重要，但山區(qū)地形圖的(de)測繪采用(yòng)全野外測圖比較困難，采用(yòng)航空攝影(yǐng)測量是比較經濟合理(lǐ)的(de)，而且大(dà)大(dà)地提高(gāo)了(le)工程效率及降低了(le)勞動強度。航空攝影(yǐng)測量技術在山區(qū)、林(lín)區(qū)有較大(dà)優勢。

　　五、結束語

　　綜上可(kě)見，航空攝影(yǐng)技術在我國鐵路工程測量中得(de)到了(le)較好的(de)應用(yòng)，因爲航空攝影(yǐng)技術能以較高(gāo)的(de)速度，投人(rén)較少的(de)人(rén)力，獲取優質和(hé)豐富的(de)既有鐵路地形信息和(hé)鐵路信息。

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