航空攝影技術(shù)在鐵路工程測量中的應(yīng)用

發(fā)布日期：2018-05-29 00:00 瀏覽量：15206

　　一、前言

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

　　二、航空攝影測量技術(shù)發(fā)展歷程

　　航空攝影測量技術(shù)從19世紀初產(chǎn)生以來，經(jīng)歷了一個世紀的發(fā)展，實現(xiàn)了一次又一次技術(shù)上的飛躍，如今已成為地理信息原始數(shù)據(jù)獲取的主要技術(shù)手段。本文在航空攝影技術(shù)起源開始直到目前數(shù)字攝影測量時代的技術(shù)發(fā)展進程中發(fā)現(xiàn)，目前IMU/DGPS輔助航空攝影測量技術(shù)在國際上屬新興技術(shù)，隨著技術(shù)進步和應(yīng)用實踐日益成熟，并逐步應(yīng)用到航空遙感的各個領(lǐng)域。2004年國際攝影測量與遙感大會上。該技術(shù)也是重點討論技術(shù)之一。會議認為該技術(shù)是對傳統(tǒng)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(shù)發(fā)展的趨勢。

　　首先，數(shù)字航空攝影像機、機載GPS輔助測量、IMU／DGPS已經(jīng)在國家基礎(chǔ)航空攝影項目得到大量應(yīng)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(shù)碼航片測繪地形圖)以上，在技術(shù)上要達到規(guī)模化的實際生產(chǎn)應(yīng)用，其發(fā)展趨勢是不容置疑的。另外，機載激光探測與測距系統(tǒng)(LIDAR)、數(shù)碼航攝儀、機載GPS及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)有機結(jié)合，使用大容量高速計算機，經(jīng)過專用軟件處理，可在空中完成地面高程模型DEM及數(shù)字正射影像圖DOM的生產(chǎn)模式，將大大提高航測成圖的作業(yè)生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，縮短生產(chǎn)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(tǒng)將走進鐵路航空攝影測量行列中來，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)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(shù)帶來了數(shù)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(shù)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(shù)才能適應(yīng)鐵路運輸發(fā)展的需要

　　20世紀80年代，開放改革政策促使我國國民經(jīng)濟高速發(fā)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(shù)力量與手段只能進行線上與鐵路相關(guān)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(shù)已成為當務(wù)之急。1984年，鐵道部專業(yè)設(shè)計院向鐵道部送上《關(guān)于在鐵路營業(yè)線上積極采用航測遙感技術(shù)的建議》，李森茂部長做出“這項工作應(yīng)該支持去做,但應(yīng)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(shù)干部普及班”，專業(yè)設(shè)計院授課，主要參加人員是各鐵路局主管工務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)。孫永福副部長在開學(xué)典禮上講話，強調(diào)要在鐵路復(fù)測中推廣應(yīng)用航測技術(shù)。此后，航測在既有鐵路測量中應(yīng)用得到較快發(fā)展，至今已成為我國既有鐵路測量的重要技術(shù)。

　　（二）航測技術(shù)進入既有鐵路測量產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益

　　據(jù)鄭州鐵路局統(tǒng)計，既有鐵路測量采用航測技術(shù)可以縮短復(fù)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(zhì)量高，通過調(diào)繪資料可檢查糾正、補充現(xiàn)場測量、調(diào)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(jié)省經(jīng)費10%-20%。據(jù)北京局統(tǒng)計，采用航測方法僅用6年時間就完成了用常規(guī)方法需20年才能完成的復(fù)測任務(wù)，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(shù)具有以下的主要作用：(1)加決既有鐵路復(fù)測工作進度，及時建立起反映現(xiàn)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(yīng)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(shù)據(jù)，建立鐵路工務(wù)用地等管理信息系統(tǒng)，提高鐵路運輸管理的科學(xué)性。據(jù)了解,既有鐵路航測成果不僅用于工務(wù)，還用于土地、房管、運輸、機務(wù)、電力、規(guī)劃、設(shè)計、路基防洪、公安保衛(wèi)、環(huán)境保護。既有鐵路航測為鐵路技術(shù)改造、電氣化改造和干線提速等提供了豐富、可靠的基礎(chǔ)技術(shù)資料。

　　四、航空攝影技術(shù)在鐵路工程測量中的應(yīng)用展望

　　我國現(xiàn)代既有鐵路航測主要表現(xiàn)在兩方面。一方面是使用先進的測繪設(shè)備、新的測繪技術(shù)；另一方面是為用戶(鐵路局)提供高科技產(chǎn)品，為鐵路運輸安全，實現(xiàn)信息化和現(xiàn)代化管理創(chuàng)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(shù)，還是經(jīng)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(xiàn)在的情況發(fā)生了變化，測繪鐵路1：2 000比例尺地形圖仍采用傳統(tǒng)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(fù)雜的長沙地區(qū)實施了真彩色航空攝影；一般既有鐵路復(fù)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(fù)測資料面貌一新。此外，由于現(xiàn)有市場招投標競爭的復(fù)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(jié)合鐵路測量的實際，發(fā)揮衛(wèi)星定位，即全球定位系統(tǒng)(GPS)的測量作用

　　GPS技術(shù)在既有鐵路航測中的主要應(yīng)用范圍是：航空攝影。在航空攝影時，使用GPS導(dǎo)航，可以取得質(zhì)量更好的航空攝影資料。既有鐵路航測外業(yè)。根據(jù)鐵路測量是沿鐵路的帶狀測量，建立窄帶狀的GPS控制網(wǎng)，采用靜態(tài)測量方式，進行高精度的導(dǎo)線測量。另外以快速靜態(tài)測量方式測定像控點、線路聯(lián)測點。實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破，在鐵路工程中有廣闊的應(yīng)用前景實時動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準站和流動站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)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(wèi)星進行連續(xù)觀測，流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機計算根據(jù)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(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)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(yīng)用電子計算技術(shù)，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化和CAD技術(shù)自動繪圖

　　在既有鐵路航測外業(yè)和復(fù)測中，充分使用電子計算機技術(shù)。全站儀與計算機配套使用，控制測量及曲線測量中所有數(shù)據(jù)，作到互相傳輸通訊，并應(yīng)用自行研制的從野外測量數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)處理軟件，對數(shù)據(jù)實時處理，而這些結(jié)果能與航測內(nèi)業(yè)軟件接口，實現(xiàn)航測外、內(nèi)業(yè)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(shù)與影像處理技術(shù)相結(jié)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(shù)字線劃圖的結(jié)合，直觀地反映既有鐵路現(xiàn)場的各種信息。電子版影像數(shù)據(jù)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(xiàn)鐵路及兩側(cè)的地物、地貌，有利于搶險救災(zāi)和立交道口的技術(shù)改造。由模擬儀器過度到數(shù)字化成圖系統(tǒng)，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(yīng)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(yīng)提高作業(yè)員判斷立體影像的能力，對于山區(qū)在選擇像片控制點時，應(yīng)注意點位分布，對于鐵路工程來說，在當今鐵路發(fā)展迅猛，邊遠山區(qū)鐵路建設(shè)對我國經(jīng)濟發(fā)展也很重要，但山區(qū)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(jīng)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(shù)在山區(qū)、林區(qū)有較大優(yōu)勢。

　　五、結(jié)束語

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

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