航空摄影技术在铁路工程测量中的应用

　　一、前言

　　伴随世界范围内的电子计算技术的迅猛发展，并应用到航空摄影测量专业，航空摄影测量迅速进入解析摄影测量时代。航空摄影技术在铁路工程测量中的主要应用，为我国铁路的工程施工、安全运输、技术改造和科学管理做出了突出贡献。

　　二、航空摄影测量技术发展历程

　　航空摄影测量技术从19世纪初产生以来，经历了一个世纪的发展，实现了一次又一次技术上的飞跃，如今已成为地理信息原始数据获取的主要技术手段。本文在航空摄影技术起源开始直到目前数字摄影测量时代的技术发展进程中发现，目前IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术在国际上属新兴技术，随着技术进步和应用实践日益成熟，并逐步应用到航空遥感的各个领域。2004年国际摄影测量与遥感大会上。该技术也是重点讨论技术之一。会议认为该技术是对传统的摄影测量的重要革新，是未来航空遥感和航空摄影测量技术发展的趋势。

　　首先，数字航空摄影像机、机载GPS辅助测量、IMU／DGPS已经在国家基础航空摄影项目得到大量应用，但对铁路测绘1：2 000比例尺以上的地形图(铁专院曾做过机载GPS试验，铁三院也少量使用过数码航片测绘地形图)以上，在技术上要达到规模化的实际生产应用，其发展趋势是不容置疑的。另外，机载激光探测与测距系统(LIDAR)、数码航摄仪、机载GPS及惯性导航系统(INS)有机结合，使用大容量高速计算机，经过专用软件处理，可在空中完成地面高程模型DEM及数字正射影像图DOM的生产模式，将大大提高航测成图的作业生产效率，减少生产环节，缩短生产周期，提高成图精度，提供更为丰富的地理信息。我们相信，在不远的将来LIDAR系统将走进铁路航空摄影测量行列中来，科学技术的不断发展将给铁路航空摄影测量带来不断的变化，就像电子计算机技术带来了数字航空摄影测量时代的巨大变革一样，一切都是可能的。

　　三、航测技术进入我国铁路测量的必要性分析

　　（一）既有铁路测量只有引入先进技术才能适应铁路运输发展的需要

　　20世纪80年代，开放改革政策促使我国国民经济高速发展，国家开始对铁道部门提出挖潜、提高速度、提高运量的要求。面对全国上万千米的铁路线，当时的技术力量与手段只能进行线上与铁路相关建筑物的测量工作，在既有铁路测量中引人先进的测绘技术已成为当务之急。1984年，铁道部专业设计院向铁道部送上《关于在铁路营业线上积极采用航测遥感技术的建议》，李森茂部长做出“这项工作应该支持去做,但应按急需分步去搞”的重要批示。1985年3月铁道部委托基建总局举办“铁路航测知识技术干部普及班”，专业设计院授课，主要参加人员是各铁路局主管工务的领导。孙永福副部长在开学典礼上讲话，强调要在铁路复测中推广应用航测技术。此后，航测在既有铁路测量中应用得到较快发展，至今已成为我国既有铁路测量的重要技术。

　　（二）航测技术进入既有铁路测量产生巨大的社会经济效益

　　据郑州铁路局统计，既有铁路测量采用航测技术可以缩短复测周期，比地面人工测量快3-4倍。航测测绘的大比例尺图比人工地面测绘的质量高，通过调绘资料可检查纠正、补充现场测量、调查的错误和不足，从而获得准确、详细的铁路带状地形图；铁路局采用航测比地面测绘节省经费10%-20%。据北京局统计，采用航测方法仅用6年时间就完成了用常规方法需20年才能完成的复测任务，费用仅为地面人工测量的50%。既有铁路测量引入航测先进技术具有以下的主要作用：(1)加决既有铁路复测工作进度，及时建立起反映现场状况的铁路台帐；(2)有效地解决铁路用地测量问题，较快地完成铁路地籍测量；(3)可获取详尽、丰富、逼真、准确的地物、地貌信息，扩大了测量成果的应用范围,成图范围大于地面人工测量；(4)通过航测手段，获取大量的图形图像数据，建立铁路工务用地等管理信息系统，提高铁路运输管理的科学性。据了解,既有铁路航测成果不仅用于工务，还用于土地、房管、运输、机务、电力、规划、设计、路基防洪、公安保卫、环境保护。既有铁路航测为铁路技术改造、电气化改造和干线提速等提供了丰富、可靠的基础技术资料。

　　四、航空摄影技术在铁路工程测量中的应用展望

　　我国现代既有铁路航测主要表现在两方面。一方面是使用先进的测绘设备、新的测绘技术；另一方面是为用户(铁路局)提供高科技产品，为铁路运输安全，实现信息化和现代化管理创造条件。

　　比如，铁路航空摄影一般为黑白片航空摄影。无论从技术，还是经济角度，黑白航空摄影已完全满足了铁路航测制图的需要。但是，现在的情况发生了变化，测绘铁路1：2 000比例尺地形图仍采用传统的黑白片航空摄影，但在有特殊需要的铁路枢纽和大型车站时，开始使用彩色航空摄影，例如铁四院在武昌-广州铁路客运专线项目中，对困难复杂的长沙地区实施了真彩色航空摄影；一般既有铁路复测也是黑白片航空摄影，但很多铁路局也开始要求对既有铁路实施真彩色航空摄影，并提供彩色正射影像图，使提交的既有铁路复测资料面貌一新。此外，由于现有市场招投标竞争的复杂性，高科技含量往往具有更大的夺标胜算，所以，一些地铁、轻轨项目也逐步采用大比例尺彩色航空摄影。例如，铁二院完成的深圳-龙岗地铁项目采用了1：4 500大比例尺彩色航空摄影，收到良好效果。

　　（一）结合铁路测量的实际，发挥卫星定位，即全球定位系统(GPS)的测量作用

　　GPS技术在既有铁路航测中的主要应用范围是：航空摄影。在航空摄影时，使用GPS导航，可以取得质量更好的航空摄影资料。既有铁路航测外业。根据铁路测量是沿铁路的带状测量，建立窄带状的GPS控制网，采用静态测量方式，进行高精度的导线测量。另外以快速静态测量方式测定像控点、线路联测点。实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在铁路工程中有广阔的应用前景实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。

　　（二）充分应用电子计算技术，实现内外业一体化和CAD技术自动绘图

　　在既有铁路航测外业和复测中，充分使用电子计算机技术。全站仪与计算机配套使用，控制测量及曲线测量中所有数据，作到互相传输通讯，并应用自行研制的从野外测量数据获取到数据处理软件，对数据实时处理，而这些结果能与航测内业软件接口，实现航测外、内业一体化。

　　（三）铁路带状电子影像图集和三维景观图

　　电子计算技术与影像处理技术相结合，可制作既有铁路的带状电子影像图集。该图集是航空摄影影像与数字线划图的结合，直观地反映既有铁路现场的各种信息。电子版影像数据无需任何图像软件就能打开，方便使用。沿线三维景观图直观地再现铁路及两侧的地物、地貌，有利于抢险救灾和立交道口的技术改造。由模拟仪器过度到数字化成图系统，在采集方法上有了较明显的变化，航空摄影测量大比例地形图应该说精度较高。对于 5%高程较差大于 0.3m 是由于测标切准地面时分不清所致，应提高作业员判断立体影像的能力，对于山区在选择像片控制点时，应注意点位分布，对于铁路工程来说，在当今铁路发展迅猛，边远山区铁路建设对我国经济发展也很重要，但山区地形图的测绘采用全野外测图比较困难，采用航空摄影测量是比较经济合理的，而且大大地提高了工程效率及降低了劳动强度。航空摄影测量技术在山区、林区有较大优势。

　　五、结束语

　　综上可见，航空摄影技术在我国铁路工程测量中得到了较好的应用，因为航空摄影技术能以较高的速度，投人较少的人力，获取优质和丰富的既有铁路地形信息和铁路信息。

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