航空攝影技術在鐵路工程測量中的應用

發布日期：2018-05-29 00:00 瀏覽量：15205

　　一、前言

　　伴隨世界范圍內的電子計算技術的迅猛發展，并應用到航空攝影測量專業，航空攝影測量迅速進入解析攝影測量時代。航空攝影技術在鐵路工程測量中的主要應用，為我國鐵路的工程施工、安全運輸、技術改造和科學管理做出了突出貢獻。

　　二、航空攝影測量技術發展歷程

　　航空攝影測量技術從19世紀初產生以來，經歷了一個世紀的發展，實現了一次又一次技術上的飛躍，如今已成為地理信息原始數據獲取的主要技術手段。本文在航空攝影技術起源開始直到目前數字攝影測量時代的技術發展進程中發現，目前IMU/DGPS輔助航空攝影測量技術在國際上屬新興技術，隨著技術進步和應用實踐日益成熟，并逐步應用到航空遙感的各個領域。2004年國際攝影測量與遙感大會上。該技術也是重點討論技術之一。會議認為該技術是對傳統的攝影測量的重要革新，是未來航空遙感和航空攝影測量技術發展的趨勢。

　　首先，數字航空攝影像機、機載GPS輔助測量、IMU／DGPS已經在國家基礎航空攝影項目得到大量應用，但對鐵路測繪1：2 000比例尺以上的地形圖(鐵專院曾做過機載GPS試驗，鐵三院也少量使用過數碼航片測繪地形圖)以上，在技術上要達到規模化的實際生產應用，其發展趨勢是不容置疑的。另外，機載激光探測與測距系統(LIDAR)、數碼航攝儀、機載GPS及慣性導航系統(INS)有機結合，使用大容量高速計算機，經過專用軟件處理，可在空中完成地面高程模型DEM及數字正射影像圖DOM的生產模式，將大大提高航測成圖的作業生產效率，減少生產環節，縮短生產周期，提高成圖精度，提供更為豐富的地理信息。我們相信，在不遠的將來LIDAR系統將走進鐵路航空攝影測量行列中來，科學技術的不斷發展將給鐵路航空攝影測量帶來不斷的變化，就像電子計算機技術帶來了數字航空攝影測量時代的巨大變革一樣，一切都是可能的。

　　三、航測技術進入我國鐵路測量的必要性分析

　　（一）既有鐵路測量只有引入先進技術才能適應鐵路運輸發展的需要

　　20世紀80年代，開放改革政策促使我國國民經濟高速發展，國家開始對鐵道部門提出挖潛、提高速度、提高運量的要求。面對全國上萬千米的鐵路線，當時的技術力量與手段只能進行線上與鐵路相關建筑物的測量工作，在既有鐵路測量中引人先進的測繪技術已成為當務之急。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航測遙感技術的建議》，李森茂部長做出“這項工作應該支持去做,但應按急需分步去搞”的重要批示。1985年3月鐵道部委托基建總局舉辦“鐵路航測知識技術干部普及班”，專業設計院授課，主要參加人員是各鐵路局主管工務的領導。孫永福副部長在開學典禮上講話，強調要在鐵路復測中推廣應用航測技術。此后，航測在既有鐵路測量中應用得到較快發展，至今已成為我國既有鐵路測量的重要技術。

　　（二）航測技術進入既有鐵路測量產生巨大的社會經濟效益

　　據鄭州鐵路局統計，既有鐵路測量采用航測技術可以縮短復測周期，比地面人工測量快3-4倍。航測測繪的大比例尺圖比人工地面測繪的質量高，通過調繪資料可檢查糾正、補充現場測量、調查的錯誤和不足，從而獲得準確、詳細的鐵路帶狀地形圖；鐵路局采用航測比地面測繪節省經費10%-20%。據北京局統計，采用航測方法僅用6年時間就完成了用常規方法需20年才能完成的復測任務，費用僅為地面人工測量的50%。既有鐵路測量引入航測先進技術具有以下的主要作用：(1)加決既有鐵路復測工作進度，及時建立起反映現場狀況的鐵路臺帳；(2)有效地解決鐵路用地測量問題，較快地完成鐵路地籍測量；(3)可獲取詳盡、豐富、逼真、準確的地物、地貌信息，擴大了測量成果的應用范圍,成圖范圍大于地面人工測量；(4)通過航測手段，獲取大量的圖形圖像數據，建立鐵路工務用地等管理信息系統，提高鐵路運輸管理的科學性。據了解,既有鐵路航測成果不僅用于工務，還用于土地、房管、運輸、機務、電力、規劃、設計、路基防洪、公安保衛、環境保護。既有鐵路航測為鐵路技術改造、電氣化改造和干線提速等提供了豐富、可靠的基礎技術資料。

　　四、航空攝影技術在鐵路工程測量中的應用展望

　　我國現代既有鐵路航測主要表現在兩方面。一方面是使用先進的測繪設備、新的測繪技術；另一方面是為用戶(鐵路局)提供高科技產品，為鐵路運輸安全，實現信息化和現代化管理創造條件。

　　比如，鐵路航空攝影一般為黑白片航空攝影。無論從技術，還是經濟角度，黑白航空攝影已完全滿足了鐵路航測制圖的需要。但是，現在的情況發生了變化，測繪鐵路1：2 000比例尺地形圖仍采用傳統的黑白片航空攝影，但在有特殊需要的鐵路樞紐和大型車站時，開始使用彩色航空攝影，例如鐵四院在武昌-廣州鐵路客運專線項目中，對困難復雜的長沙地區實施了真彩色航空攝影；一般既有鐵路復測也是黑白片航空攝影，但很多鐵路局也開始要求對既有鐵路實施真彩色航空攝影，并提供彩色正射影像圖，使提交的既有鐵路復測資料面貌一新。此外，由于現有市場招投標競爭的復雜性，高科技含量往往具有更大的奪標勝算，所以，一些地鐵、輕軌項目也逐步采用大比例尺彩色航空攝影。例如，鐵二院完成的深圳-龍崗地鐵項目采用了1：4 500大比例尺彩色航空攝影，收到良好效果。

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

　　GPS技術在既有鐵路航測中的主要應用范圍是：航空攝影。在航空攝影時，使用GPS導航，可以取得質量更好的航空攝影資料。既有鐵路航測外業。根據鐵路測量是沿鐵路的帶狀測量，建立窄帶狀的GPS控制網，采用靜態測量方式，進行高精度的導線測量。另外以快速靜態測量方式測定像控點、線路聯測點。實時動態(RTK)定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS(RTDGPS)技術，它是GPS測量技術發展的一個新突破，在鐵路工程中有廣闊的應用前景實時動態定位(RTK)系統由基準站和流動站組成，建立無線數據通訊是實時動態測量的保證。其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛星進行連續觀測，流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據，隨機計算根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監測待測點的數據觀測質量和基線解算結果的收斂情況，根據待測點的精度指標，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

　　（二）充分應用電子計算技術，實現內外業一體化和CAD技術自動繪圖

　　在既有鐵路航測外業和復測中，充分使用電子計算機技術。全站儀與計算機配套使用，控制測量及曲線測量中所有數據，作到互相傳輸通訊，并應用自行研制的從野外測量數據獲取到數據處理軟件，對數據實時處理，而這些結果能與航測內業軟件接口，實現航測外、內業一體化。

　　（三）鐵路帶狀電子影像圖集和三維景觀圖

　　電子計算技術與影像處理技術相結合，可制作既有鐵路的帶狀電子影像圖集。該圖集是航空攝影影像與數字線劃圖的結合，直觀地反映既有鐵路現場的各種信息。電子版影像數據無需任何圖像軟件就能打開，方便使用。沿線三維景觀圖直觀地再現鐵路及兩側的地物、地貌，有利于搶險救災和立交道口的技術改造。由模擬儀器過度到數字化成圖系統，在采集方法上有了較明顯的變化，航空攝影測量大比例地形圖應該說精度較高。對于 5%高程較差大于 0.3m 是由于測標切準地面時分不清所致，應提高作業員判斷立體影像的能力，對于山區在選擇像片控制點時，應注意點位分布，對于鐵路工程來說，在當今鐵路發展迅猛，邊遠山區鐵路建設對我國經濟發展也很重要，但山區地形圖的測繪采用全野外測圖比較困難，采用航空攝影測量是比較經濟合理的，而且大大地提高了工程效率及降低了勞動強度。航空攝影測量技術在山區、林區有較大優勢。

　　五、結束語

　　綜上可見，航空攝影技術在我國鐵路工程測量中得到了較好的應用，因為航空攝影技術能以較高的速度，投人較少的人力，獲取優質和豐富的既有鐵路地形信息和鐵路信息。

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