航空攝影技術(shù)在鐵路工程測量中的應用

　　一、前言

　　伴隨世界范圍內的電子計算技術(shù)的迅猛發(fā)展，并應用到航空攝影測量專(zhuān)業(yè)，航空攝影測量迅速進(jìn)入解析攝影測量時(shí)代。航空攝影技術(shù)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(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(lái)，經(jīng)歷了一個(gè)世紀的發(fā)展，實(shí)現了一次又一次技術(shù)上的飛躍，如今已成為地理信息原始數據獲取的主要技術(shù)手段。本文在航空攝影技術(shù)起源開(kāi)始直到目前數字攝影測量時(shí)代的技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)現，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(zhù)技術(shù)進(jìn)步和應用實(shí)踐日益成熟，并逐步應用到航空遙感的各個(gè)領(lǐng)域。2004年國際攝影測量與遙感大會(huì )上。該技術(shù)也是重點(diǎn)討論技術(shù)之一。會(huì )議認為該技術(shù)是對傳統的攝影測量的重要革新，是未來(lái)航空遙感和航空攝影測量技術(shù)發(fā)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(jīng)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(zhuān)院曾做過(guò)機載GPS試驗，鐵三院也少量使用過(guò)數碼航片測繪地形圖)以上，在技術(shù)上要達到規?；膶?shí)際生產(chǎn)應用，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(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(jīng)過(guò)專(zhuān)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(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，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(lái)LIDAR系統將走進(jìn)鐵路航空攝影測量行列中來(lái)，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展將給鐵路航空攝影測量帶來(lái)不斷的變化，就像電子計算機技術(shù)帶來(lái)了數字航空攝影測量時(shí)代的巨大變革一樣，一切都是可能的。

　　三、航測技術(shù)進(jìn)入我國鐵路測量的必要性分析

　?。ㄒ唬┘扔需F路測量只有引入先進(jìn)技術(shù)才能適應鐵路運輸發(fā)展的需要

　　20世紀80年代，開(kāi)放改革政策促使我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展，國家開(kāi)始對鐵道部門(mén)提出挖潛、提高速度、提高運量的要求。面對全國上萬(wàn)千米的鐵路線(xiàn)，當時(shí)的技術(shù)力量與手段只能進(jìn)行線(xiàn)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(jìn)的測繪技術(shù)已成為當務(wù)之急。1984年，鐵道部專(zhuān)業(yè)設計院向鐵道部送上《關(guān)于在鐵路營(yíng)業(yè)線(xiàn)上積極采用航測遙感技術(shù)的建議》，李森茂部長(cháng)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(shù)干部普及班”，專(zhuān)業(yè)設計院授課，主要參加人員是各鐵路局主管工務(wù)的領(lǐng)導。孫永福副部長(cháng)在開(kāi)學(xué)典禮上講話(huà)，強調要在鐵路復測中推廣應用航測技術(shù)。此后，航測在既有鐵路測量中應用得到較快發(fā)展，至今已成為我國既有鐵路測量的重要技術(shù)。

　?。ǘ┖綔y技術(shù)進(jìn)入既有鐵路測量產(chǎn)生巨大的社會(huì )經(jīng)濟效益

　　據鄭州鐵路局統計，既有鐵路測量采用航測技術(shù)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(zhì)量高，通過(guò)調繪資料可檢查糾正、補充現場(chǎng)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(jīng)費10%-20%。據北京局統計，采用航測方法僅用6年時(shí)間就完成了用常規方法需20年才能完成的復測任務(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(jìn)技術(shù)具有以下的主要作用：(1)加決既有鐵路復測工作進(jìn)度，及時(shí)建立起反映現場(chǎng)狀況的鐵路臺帳；(2)有效地解決鐵路用地測量問(wèn)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(guò)航測手段，獲取大量的圖形圖像數據，建立鐵路工務(wù)用地等管理信息系統，提高鐵路運輸管理的科學(xué)性。據了解,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、規劃、設計、路基防洪、公安保衛、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(xiàn)提速等提供了豐富、可靠的基礎技術(shù)資料。

　　四、航空攝影技術(shù)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(jìn)的測繪設備、新的測繪技術(shù)；另一方面是為用戶(hù)(鐵路局)提供高科技產(chǎn)品，為鐵路運輸安全，實(shí)現信息化和現代化管理創(chuàng )造條件。

　　比如，鐵路航空攝影一般為黑白片航空攝影。無(wú)論從技術(shù)，還是經(jīng)濟角度，黑白航空攝影已完全滿(mǎn)足了鐵路航測制圖的需要。但是，現在的情況發(fā)生了變化，測繪鐵路1：2 000比例尺地形圖仍采用傳統的黑白片航空攝影，但在有特殊需要的鐵路樞紐和大型車(chē)站時(shí)，開(kāi)始使用彩色航空攝影，例如鐵四院在武昌-廣州鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)項目中，對困難復雜的長(cháng)沙地區實(shí)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(kāi)始要求對既有鐵路實(shí)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(chǎng)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。

　?。ㄒ唬┙Y合鐵路測量的實(shí)際，發(fā)揮衛星定位，即全球定位系統(GPS)的測量作用

　　GPS技術(shù)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(shí)，使用GPS導航，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(jìn)行高精度的導線(xiàn)測量。另外以快速靜態(tài)測量方式測定像控點(diǎn)、線(xiàn)路聯(lián)測點(diǎn)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀(guān)測值為根據的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在鐵路工程中有廣闊的應用前景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)系統由基準站和流動(dòng)站組成，建立無(wú)線(xiàn)數據通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證。其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準點(diǎn)，安置一臺接收機作為參考站，對衛星進(jìn)行連續觀(guān)測，流動(dòng)站上的接收機在接收衛星信號的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電傳輸設備接收基準站上的觀(guān)測數據，隨機計算根據相對定位的原理實(shí)時(shí)計算顯示出流動(dòng)站的三維坐標和測量精度。這樣用戶(hù)就可以實(shí)時(shí)監測待測點(diǎn)的數據觀(guān)測質(zhì)量和基線(xiàn)解算結果的收斂情況，根據待測點(diǎn)的精度指標，確定觀(guān)測時(shí)間，從而減少冗余觀(guān)測，提高工作效率。

　?。ǘ┏浞謶秒娮佑嬎慵夹g(shù)，實(shí)現內外業(yè)一體化和CAD技術(shù)自動(dòng)繪圖

　　在既有鐵路航測外業(yè)和復測中，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(xiàn)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(shí)時(shí)處理，而這些結果能與航測內業(yè)軟件接口，實(shí)現航測外、內業(yè)一體化。

　　（三）鐵路帶狀電子影像圖集和三維景觀(guān)圖

　　電子計算技術(shù)與影像處理技術(shù)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(xiàn)劃圖的結合，直觀(guān)地反映既有鐵路現場(chǎng)的各種信息。電子版影像數據無(wú)需任何圖像軟件就能打開(kāi)，方便使用。沿線(xiàn)三維景觀(guān)圖直觀(guān)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(shù)改造。由模擬儀器過(guò)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(shuō)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(shí)分不清所致，應提高作業(yè)員判斷立體影像的能力，對于山區在選擇像片控制點(diǎn)時(shí)，應注意點(diǎn)位分布，對于鐵路工程來(lái)說(shuō)，在當今鐵路發(fā)展迅猛，邊遠山區鐵路建設對我國經(jīng)濟發(fā)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(jīng)濟合理的，而且大大地提高了工程效率及降低了勞動(dòng)強度。航空攝影測量技術(shù)在山區、林區有較大優(yōu)勢。

　　五、結束語(yǔ)

　　綜上可見(jiàn)，航空攝影技術(shù)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(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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