航测法测绘横断面在平原河网化地区新建铁路中的应用

马伟东 祝建农

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

在铁路新线定测阶段，横断面测量一直采用传统的现场人工实测方法，特别在特殊工点地段，还需对断面进行加宽加密，不但劳动强度大、工作效率低，而且勘测周期长、勘测成本高，直接影响勘测设计的工期。

新建铁路宁启线南通东至启东段位于长江下游，沿线公路网发达，河网沟渠密布，水塘众多，具有典型的平原河网化地区特征，在2010年定测中，开展了航测法测绘横断面的研究工作。航测法测绘横断面的方法就是利用初测已有的1：2000数字地形模型，在外业现场根据中线桩高程调整立体模型以提高高程精度，按照中线位置提取断面。试验表明，采用航测法测绘横断面，不但可以大大减少野外勘测工作量，节约勘测成本，还可以不受时间、气候、环境等条件的影响。用航测方法测绘的线路横断面，与外业实测的横断面相比精度更高、更可靠，基本满足了铁路勘测设计要求。

1 工程概况

新建铁路宁启线南通东至启东段位于江苏省南通市境内，长江北岸，基本呈东西走向，西接既有宁启铁路南通东站，途经海门、启东，东至规划的启东吕四港，是宁启铁路的东延伸段，新建线路全长约93 km。沿线经济发达，人口稠密，人口密度905人/km2，是全国人口密度的6.6倍、全省的1.2倍。地貌为长江下游冲海积平原，地形平坦、开阔，地面高程一般在1.5～3.5m之间，广泛分布软土。沿线多为水田、河渠、水塘、道路等，河流密布，公路及水路交通发达，为典型的平原河网化地区。

2 航测法测绘横断面试验方法及结果

初测阶段，在线路方案确定后进行航摄，航摄比例尺根据规范要求可选用1：8000～1：12000，以满足建立1：2000数字地形图的精度要求。据王智等在郑西客运专线试验研究，选用1：8000的摄影比例是比较经济的，既满足1：2000航测成图的需要，又胜任断面图的测绘，性价比最高。本次航摄比例尺为1：10000～1：11000，已满足1：2000数字地形图的精度要求。对横断面来说，虽已达到定测的精度，但是还存在内业高程误差。定测中充分利用初测阶段已建立的全线1：2000数字地形模型及由数模产生的该线路方案纵、横断面的地面线，将外业中桩高程与航测内业高程进行对比，量取和分析两者的差值，剔除外业误差。采用外业中桩高程代替航测内业高程，对地形模型进行修正，然后根据路基和站场在现场勘测后提交的断面里程和断面两侧宽度，在室内相应采集纵、横断面数据，再转换成CAD图形，完成横断面的编辑工作。

3 测量结果精度分析和存在问题

按照《铁路工程测量规范》5.8.3规定:采用航测法测量横断面，应执行铁道部现行《铁路工程摄影测量规范》(TB10050)的规定，并进行现场核对。断面点距离限差为±0.3m，高差限差为±0.35m。

为了分析航测法测绘的精度，本次定测中抽检113个横断面对航测法测绘和外业实测进行了比较和分析。

3.1 中桩高程精度分析

因线路中桩不是明显地物点，在像片上的辨认精度不高，无法统计航测法量测的中桩平面误差，但航测法量测的中桩平面误差，最终会反映在中桩高程误差上。用全站仪外业测量的中桩高程与航测内业高程的差值比较见表1。

表1 外业中桩高程与航测内业高程的比较

由表1可知，在平原河网化地区，沟渠密布，大多线路中桩位于沟坎或者塘低，用航测法量测的中桩高程，难以达到定测的要求，所以可用外业定测中桩高程代替航测中桩高程，而保留航测横断面上各测点与桩的距离和高差关系。即航测法横断面中桩高程平移到外业中桩高程上，使得航测横断面中桩高程与外业勘测的中桩高程一致。

3.2 平面精度分析

用航测法测绘的横断面与全站仪外业实测的横断面高程较差列表，精度统计分析见表2。

表2 外业勘测与航测成果的比较

(2)外业中桩点里程和高程由线路专业提供;航测根据提供的中桩表采集断面。

比较结果:误差小于0.35m的断面个数占总数的84%，误差在0.35～0.5m的断面个数占总数的12%，误差大于0.5m的断面个数仅为4%，其原因大部分为外业勘测平面偏移造成，个别由摄影质量和地表植被影响。

根据外业实测与航测所绘成的横断面进行比对，结果发现高程较差大于0.35以上的点大多数位于沟渠上，因很小的平面误差就可引起较大的高程误差。随着距离的增大，高程较差越大，比如站场断面需测绘的宽度比较宽，高程较差也随之增大。

3.3 存在问题

经过试验研究结合有关文献资料，采用航测法测绘横断面可能存在以下问题:

(1)航拍间隔时间不能过长，否则由于人工的开垦或暴雨的冲刷，定测时地表已发生较大变化，用航测法测绘的横断面不符合现场情况而无法使用。

(2)密林、植被茂盛以及沟渠等地区，影响航测法测量精度。隐蔽沟底、阴影遮挡等摄影死角，航测法不能测绘。

(3)水下河床断面、沿河或水网地区的半地上半水下断面等特殊工点要求的断面，用航测法不能测绘。

4 修正处理

在定测阶段采用航测法测绘横断面，主要利用初测已有的航测资料(1：2000数字地形模型)，受摄影比例尺限制，同时受地表植被和摄影质量等影响较大，无法准确测量隐蔽地区地面点，所以《铁路工程测量规范》要求除应执行铁道部现行《铁路工程摄影测量规范》相关规定外，还必须对横断面进行现场核对、补测修正。

本次定测中利用的航测资料为2009年下半年航摄，间隔时间不到一年，地表地形地物等基本无变化。用航测法在平原河网化地区测绘横断面，经验证能满足新建铁路测绘横断面图和土石方数量计算的要求;但平原河网化地区不同于山区，没有山区复杂的地形地质，具有地形平坦，地质条件单一，沿线多为水田、水塘、道路等，河流密布，沟渠众多，尤其在海门—启东站之间，南北纵向沟渠平均每公里15处左右，所以采用航测法测绘横断面时，线路中桩两侧的沟渠、水塘和河流反映不出水深及淤泥深度，需在横断面图上标注“需实测地段”，由勘测队在现场实地补测修正，测量沟渠及水塘的水深，以修正横断面。致使补测工作量比较大，但与外业实测横断面相比，具有精度高，效率快的特点。

5 结束语

试验研究表明，在平原河网化地区，用航测方法测绘的线路横断面，满足精度要求的占84%，与外业实测的横断面相比精度更高，更可靠，基本满足铁路勘测设计要求。但受摄影比例尺、摄影质量及地表植被的影响，从而影响了航测法的精度。目前航摄比例尺一般为1：8000～1：10000，在条件许可的情况下，可通过提高摄影比例尺来提高航测方法测绘横断面的精度。

用航测方法测绘横断面，无论在降低成本、缩短外业勘测周期和提高横断面精度等方面，都具有里程碑式的意义。近几年，随着铁路跨越式发展，用航测技术测绘横断面图和工点地形图，已越来越多的应用于新线勘测设计中。采用航测法测绘横断面对提升铁路勘测技术进步、加快铁路勘测设计一体化具有重要意义，必将在今后铁路新线的外业勘测设计中得到广泛应用。

［1］中铁上海设计院集团有限公司.新建铁路宁启线南通东至启东段可行性研究［R］.上海:中铁上海设计院集团有限公司，2010(4)

［2］中铁上海设计院集团有限公司.新建铁路宁启线南通东至启东段初步设计［R］.上海:中铁上海设计院集团有限公司，2010(11)

［3］TB10101—2009 铁路工程测量规范［S］

［4］TB10050—1997 铁路工程摄影测量规范［S］

［5］李平苍，王长进.航测方法测绘横断面的要点［J］.铁道勘察，2006(2):20-21

［6］王智.用航测方法测绘数字化横断面的研究［J］.测绘通报，2004(4):24-27

［7］卢建康，王智.用航测法测绘铁路工点地形图和横断面图［J］.铁道工程学报，2006(增刊):127-134

［8］祝建农，郭也清，等.平原河网化地区新建铁路建设方案及选线探讨［J］.铁道工程学报，2011(11):1-5