无人机遥感技术在铁路应急测绘中的应用

无人机遥感技术在铁路应急测绘中的应用

邢旭东

中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京市 102600  身份证号：130625198807175916

摘要:为了应对自然灾害、事故灾难等突发事件，需要快速获取灾害区域的测绘数据。目前，铁路系统还没有建立健全应急测绘保障体系，对铁路应急测绘的关键技术也缺少深入研究。针对这一问题，从无人机低空遥感关键技术出发，通过对数据采集、数据处理、成果制作和可视化展示等关键技术的分析，研究无人机低空遥感在铁路应急测绘保障中的主要应用方向、作业流程和应用可行性。结合某某铁路工程应急抢险案例，分析认为:采用无人机低空遥感技术，可实现灾害现场实时直播及12h内测区地理信息数据采集、处理和成果提交，响应速度、作业效率和成果精度均满足铁路应急测绘应用需求。

关键词:铁路;应急测绘;应用研究;无人机;低空遥感

0引言

受恶劣天气、不良地质和突发事件等的影响，隧道滑坡、裂缝、陡坡滑塌、洪水冲刷、异物侵线等各类铁路事故时有发生，严重影响铁路的运营安全。自然灾害多具有不可预见性和突发性强的特点，事件发生后，铁路主管部门需要及时掌握现场情况，启动应急预案，才能制定准确的救援计划。为保障各类突发事件的应急救援工作，铁路应急救援指挥中心通常利用测绘部门提供的基础地理信息数据作为了解灾害现场和决策指挥的重要依据，这些基础地理信息数据的获取是铁路应急测绘保障的首要工作。

目前，铁路应急测绘保障的能力和发展程度与其他领先行业仍有较大差距，对于铁路应急测绘的关键技术缺少深入研究。以下结合实际案例，从无人机低空遥感关键技术出发，探讨了无人机低空遥感在铁路应急测绘保障中的主要应用方向、作业流程和应用可行性。

1铁路应急测绘保障

铁路应急测绘保障的主要任务是对灾害区域进行基础地理信息数据的快速采集、处理和成果发布，通过开展应急测绘和数据更新，铁路主管部门可以及时掌握灾情动态，便于决策、指挥和处置。

铁路应急测绘保障工作贯穿铁路突发事件的预防、应对、处置和恢复的全过程，其工作重点在于灾害处置和应急指挥的测绘保障以及测绘保障机制的建立等，是铁路应急保障体系的基础性工作。

2无人机低空遥感

无人机低空遥感是传统卫星遥感和航空摄影测量的重要补充，具有机动灵活、受环境影响小、操控简单及性价比高等特点。随着无人机平台、载荷设备等硬件及配套软件的发展，无人机低空遥感技术对于高分辨率、高时相遥感数据的快速获取具有明显优势，有效解决了传统航摄遥感手段拍摄周期长、应急不及时的问题。

2.1无人机低空遥感系统

无人机低空遥感系统是一种新型航空遥感系统，是无人飞行器相关软硬件技术不断发展和进步的结晶，该系统一般包含飞行平台、控制系统、载荷设备、起飞与回收系统、作业保障及其他附属设备等。

(1)飞行平台。无人机飞行平台主要功能是搭载飞控系统和载荷设备执行低空飞行任务。飞行平台种类繁多、特点鲜明，不同用途的飞行平台在外形尺寸、质量、载荷、续航时间、飞行高度和速度等方面都有较大差异。飞行平台按照结构分类，通常可分为固定翼无人机、旋翼无人机、复合翼无人机和无人飞艇等。

(2)控制系统。无人机控制系统主要包含飞行控制系统、数据传输系统和地面监控系统等。控制系统的各子系统间相匹配使用，通过无线传输模块实现对无人机和载荷设备的状态监控，同步记录飞行平台执行任务时的位置和姿态等参数信息。

(3)载荷设备。无人机低空遥感一般采用非测量相机、轻小型机载激光雷达、倾斜摄影相机及视频传感器等作为载荷设备。

(4)起飞与回收系统。起飞与回收系统主要用于保障固定翼无人机的起飞和着陆安全。应急测绘中，由于测区场地环境比较复杂，多采用垂起固定翼和旋翼无人机，该类型无人机对场地的要求较低，起飞降落操控更加简单、安全。

(5)作业保障及其他附属设备。根据现场作业的实际需求，为了保证无人机航摄作业的顺利完成，除了上述设备外，还需要配备用于保障作业的其他附属设备或零件，如运输设备、工具箱和备用零部件等。

2.2无人机低空遥感关键技术

无人机低空遥感的发展主要得益于系统平台、载荷设备等硬件，以及控制系统、数据处理系统等软件技术进步和发展。无人机低空遥感关键技术主要可以归纳为自动化和精细化，如数据采集的智能化、精细化和多源化等，数据处理的自动化、高效化和成果多样化等。

(1)多传感器数据采集技术

随着无人机飞行平台的快速发展，无人机遥感载荷设备也日新月异，如光学相机、倾斜相机、激光雷达、视频传感器、多光谱成像仪和热红外设备等，都朝着高集成度、轻小型化和多组合方向发展。

(2)无人机数据实时图传及远程直播技术

突发事件发生后，铁路应急救援指挥中心需要依据现场实时灾害信息，远程开展应急决策、调度指挥、救援处置和灾害评估等工作。

（3）多源数据融合处理技术

随着高性能计算机硬件技术的快速发展和硬件性能的不断提升，软硬件结合的数据处理技术和集群并行处理的计算技术逐渐形成，使得数据现场处理与实时云端处理成为可能。

3无人机低空遥感铁路应急测绘保障应用

铁路应急测绘的关键在于“急、难、险”。常规测绘作业方法必须加以改进才能满足应急测绘需求，在有限的时间、空间内，以有限的资源提升无人机遥感作业能力，在保证质量的前提下以更高的效率地提供地理信息数据成果，为抢险救援工作提供测绘保障。

3.1铁路应急测绘快速响应

在泥石流、洪水等自然灾害事件发生后，由于环境恶劣、交通中断等原因，传统的测绘手段通常难以在第一时间获取现场实时信息。因此，能否快速响应成为了铁路应急测绘需要解决的核心问题。

3.2灾害区域地理信息数据快速获取

在铁路应急测绘保障工作中，灾害区域的地理信息数据获取方式、获取时效和精度质量直接影响到各部门对灾情的研判、指挥和救援处置。

3.3铁路应急测绘成果快速制作及发布

对于铁路应急救援而言，测绘保障部门最主要的工作就是在积极主动向有关部门提供各类测绘地理信息数据和应急测绘成果。成果快速制作方面，灾害发生后，针对灾情形势，及时采用无人机遥感系统获取现势性强的影像、视频和激光点云数据，加工制作应急专题图、三维基础场景、地形图和横断面等，为防灾减灾和灾后重建工作提供基础数据支持和技术服务。

4典型案例分析

4.1工程概况

2021年10月，某省境内多地连续强降雨。10月6日上午9时，受强降雨影响，某铁路大桥大里程桥台尾部路基被冲空，轨枕悬空，上行线3、4号墩和下行线3～6号墩承台及桩基外露，上下行线路均中断。接到通知后，铁路部门紧急组织队伍赶赴现场开展应急测绘保障工作。

4.2应急测绘成果制作

(1)空三加密。利用GodWord倾斜摄影测量软件，采用POS辅助空中三角测量，利用外业实测像控点参与区域网平差。

(2)实景三维模型制作。利用空三加密成果，完成三角网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建，对水面、漏洞或者悬浮物进行简单的模型修复处理。

(3)数字正射影像图和大比例尺地形图制作。基于空三加密成果，首先采用密集匹配技术获取密集点云数据，然后对密集点云进行滤波与分类处理，制作数字高程模型成果，最后采用数字微分纠正技术，通过正射纠正、镶嵌及匀光匀色等步骤制作满足精度要求的数字正射影像图成果。

5结论

无人机低空遥感系统具备现势性强、分辨率高、操作便捷及安全灵活等优势，就铁路工程应急测绘保障而言，无人机低空遥感技术能够提供高效、便捷、安全的作业手段;可以解决灾情复杂区域现状数据获取困难、应急管理可视化程度差等问题，为铁路工程应急测绘的快速响应、救援指挥和灾情处置提供实用的技术方案。

参考文献

[1]李永新.无人机航测在铁路工程中的应用[J].中国住宅设施,2023(09):112-114.