低空摄影测量在铁路沿线测量制图中的应用

低空摄影测量在铁路沿线测量制图中的应用

胡壮

武汉中德天佑勘察设计有限公司       湖北武汉     430000

摘要：低空摄影技术与传统的垂直摄影测量技术相比，在铁路沿线测量中具有效率高、精度高、成本低的优势，尤其是在铁路沿线安全监测等方面更具优势。但该技术也存在较明显的弊端，如测绘区域地形地貌变化大的区域测绘精度明显降低，对铁路沿线测量而言，隧洞测量等是低空摄影测量的"盲点"，如何提高多视角拍摄下数据处理质量等均是今后探索的热点。

关键词：低空摄影测量；铁路测量；应用研究

1引言

自全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）快速发展以来，低空摄影测量技术能够适用于更加宽泛的测量环境，逐步实现了多视角倾斜摄影。现代化低空摄影测量是集动态定位技术、无人机技术以及图像融合处理技术为一体的测绘技术，具有成本低、操作简单、效率高的优势。低空摄影测量系统能够快速的获取地面测绘区域的影像数据或者扫描点云数据，该数据不仅能够获取传统的二维地形数据，更可以制作三维实景模型。因此，低空摄影测量技术逐渐应用于矿山测绘、城市测绘、工程测绘以及铁路沿线测量等领域。本文以“广东省M铁路线路安全保护区用地图和平面图测绘项目”为研究对象，阐述低空摄影测量技术在铁路测量中的应用。

2无人机系统概述

无人机在铁路桥梁巡检系统时通过外观监测系统构建，实现巡检目标。这一系统构建，主要包含了无人机飞行平台、避障系统、高清摄像机、遥控设备、定制飞行控制的地面站系统、图像识别处理服务器等部分，在应用中，借助人工遥控和自主飞行结合的模式，实现对于铁路桥梁相关部位拍摄，获得实时的影像资料和数据，借助图像智能分析来获得对应数据，进而精准分析铁路桥梁病害，做好必要监管措施。铁路桥梁巡检无人机主要用于铁路和桥梁病害识别，及时发现危险因素，例如斜拉索、路障、结构连接件病害、混凝土钢筋腐蚀等病害。无人机前端飞行航线能够借助对人工飞行的轨迹处理，将其转换成精准的飞行航线，系统可以根据航线自动飞行，识别病害，这种病害识别的精准度达到毫米等级。无人机巡检系统对检测结果通过云方式存储，在有网络的条件下实现自动传输，系统容量大，也有一定的兼容性，能够满足一些大文件传输。

3研究区概况

M铁路丰顺站至汕头站段为潮汕路段，线路沿榕江北河东侧至揭阳市榕城区西北部的揭阳站；向东至潮州市西部接入潮州站后，向南沿韩江西溪进入汕头境内，至汕头市龙湖区的汕头站，并延长至汕头港。截至2018年8月，M铁路全段为客货共线铁路，采用标准间距的有砟轨道和有缝钢轨铺设；设计货运量常平至梅州段每年1000万吨，畲江至汕头段每年800万吨，牵引质量3500至4000吨；设计正线车站45个，到发线长850m。其中，漳龙线与畲汕线交界处至汕头站段为单线铁路，尚未实现电气化，设计速度80～100km/h，采用半自动闭塞系统。漳龙铁路，东起福建省漳平市，西到广东省龙川县，全长374km。本次主要针对畲汕、漳龙铁路线路进行测量，铁路线路安全保护区界线总长为27.24km，线路测绘宽度暂按带宽80m估算。

4设备仪器

本次使用的无人机为固定翼无人机，可续航60～90min。该型号无人机在航飞高度700m以内时平面精度优于0.1m，能够满足1:1000大比例尺地形图测绘工作需求。固定翼无人机的拍摄半径为80～150m宽，因此，每架次无人机飞行可完成5～10km范围的外业数据采集任务。航摄仪采用新型地籍相机，焦距为35mm，型号为SONYA7R。

5实例应用

5.1航线设计

航线设计需根据无人机的参数、飞行区域地形地貌等综合考虑设置，能够有效的提高的摄影质量，进而提高地形图的精度。本次实验区域的地形较为复杂，有高山区域、也有城市、隧道、桥梁等，综合考虑无人机机型参数，相对行号低于700m，航向重叠度设置为70%、旁向重叠度为60%，可获得0.08m分辨率的影像，能够满足1:1000比例尺需求。此外，为了提高高山与城市不同地形地貌地形图测量精度，将测绘区域按照不同地形地貌划分为若干子区块。

5.2外业数据采集

外业数据采集是是地形测量的关键环节，也是影响最终测绘精度的主要因素之一。按照设计划分的飞行子区块执行飞行任务。在飞行过程中尽可能的选取天气晴朗、无风或者微风天气进行。为提高测绘质量，本次选用多角度拍摄技术，即选用倾斜摄影技术。每天飞行任务完成后，需要及时的检查航拍影像质量是否满足相应比例尺要求，若不满足，则需尽快安排重摄，直至每张航摄影像质量达标。此外，实验区域属于高山与平原交汇地形，航向、旁向重叠度分别为70%和60%，因此空中三角测量过程并不过度依赖于像控点的密集程度，故实验过程中设置像控点密度为2.5个像控点/km2。

5.3点云数据坐标转换及滤波处理

低空摄影测量技术能够获得测绘区域的各类信息，包括噪声、地形数据、建筑物、桥梁等，因此，在进行空三数据加密处理操作之前，需要进行点云数据的滤波处理。而低空航摄影像所获得的影像数据为WGS84坐标系统数据，本文所需坐标为1980西安坐标系和2000国家大地坐标系，因此，需首先进行坐标转换。选取测绘区域均匀分布的重合点进行坐标转换。在完成坐标转换之后，为了获得更加高精度的地形信息，必需对点云数据进行滤波处理，将植被信息、道路、桥梁信息、噪声点等尽可能的消除，本文采用的滤波软件为TerraSolid软件。

5.4空中三角加密测量

低空倾斜摄影测量技术能够获得垂向摄影数据和倾斜摄影数据两部分，能够更加全面的反映铁路沿线地物纹理信息，但是对数据的计算带来了困难，如垂直影像数据与倾斜影像数据的计算模型是存在差异的。因此，为了提高影像数据解算质量和准确度，将低空拍摄过程中实时动态获取的POS数据作为影像数据解算的初始方位元素，选取多基线特征匹配的方式实现不同摄影角度影像的相对定向和绝对定向处理，生成多视角联合空中三角加密测量，为提高最终的地形图测绘精度奠定基础。本文所采用的空中三角测量平差软件为Inpho及PixelGrid，利用外业采集的像控点测量成果，使用自动空中三角加密测量软件通过光束法区域网整体平差获得研究区域的加密点成果，经过检校场空三解算、偏心角系统误差改正等数据处理流程，结合每张像片生成的POS数据作为方位元素，获得更加优异的空三加密成果资料，为进一步生产地形图奠定基础。

5.5成果图件数据及细部处理

在完成上述操作后，对不同子区块的点云数据进行重采样工作，可有效的提高地形图生成精度。对研究区域的不同子区块的点云数据进行融合处理，获得整个铁路沿线的地面点信息数据。将数据导入至“CASS”软件中，构建测绘区域的DTM模型，进而生成三角网模型，根据实际需求，生成相应的等高距，生成等高线。再结合人工补充方法提取表达地形特征的高程点等信息，勾绘出铁路沿线已有地物信息等，编制生成铁路沿线地形图。使用低空摄影技术获得的地形图难免出现细部不合理甚至是错误现象，如遮挡严重的区域。因此，需要对细部进行补测、重测工作，如隧道内部等区域。在进行细部处理时，一般可采用RTK联测的方式进行，只需将坐标系统统一化即可。

6结束语

综上所述，低空摄影技术的创新与发展，有效的提高了实时动态GNSS定位精度，如城市车载导航、无人机航空摄影等技术的快速发展，在城市大比例尺测绘、工程测量、铁路测量等领域应用越来越广泛。以广东省M铁路沿线测量制图为例，分析低空摄影测量在铁路沿线制图中的应用流程，着重介绍了数据获取方法及处理步骤，为推动该技术的发展提供帮助。

参考文献：

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