铁路桥涵水文检算中智能测绘技术的应用与探索

赵国平 王克晓 李立功

（天津铁道职业技术学院，天津 300240）

1 引言

作为铁路的重要建筑物——铁路桥涵的安全稳定直接影响到铁路的运营安全。为了保证铁路桥涵自身的安全稳定，在设计建造阶段除了确保结构的强度和稳定性外，还要充分考虑所处地区水文对结构物的影响。在进行铁路桥涵设计时，铁路桥涵的孔径必须保证设计洪水、流水、流石泥及其它漂浮物的安全通过，保证桥头路基不致漫决。

铁路桥涵建成使用后，为了确保铁路桥涵在铁路运营中的安全稳定，铁路工务段、所属铁路局集团都设有专设机构和专业人员对其进行技术管理，其中对既有铁路桥涵进行水文检算是最重要的工作内容之一。每年的防洪季节，对管内铁路桥涵进行水文检算是工务段和各铁路局集团防洪工作中最为重要的一环。

2 传统铁路桥涵水文检算方法

目前各铁路工务段对铁路桥涵的水文检算主要是流量计算和孔径计算。

1）流量计算。传统做法是利用已有的若干年水文流量观测资料，使用以下公式求规定频率（由设计桥涵时根据其铁路等级和桥涵复杂程度确定）的设计流量。

式中

——计算平均流量；

Cv——计算变差系数；

φp——皮尔逊曲线均离系数

Kp——皮尔逊曲线模比系数。

在此基础上在铁路桥涵附近所选断面内布置测深点，用测深杆、测深锤或铅鱼测深器进行断面测量。再在断面相应的位置用流速仪测量流速和水尺上水位的读数，计算出铁路桥涵的实际流量。

2）孔径计算。桥梁建成后，桥址所在地的河槽会发生自然演变从而引起桥孔附近河槽断面形状的变化；梁断面处水流受压缩，导致桥下流速增大，对桥下河床断面产生冲刷；流经桥梁的水流为桥墩台所阻，也会对桥墩台周围产生冲刷。为此还需要对桥下河床冲刷、墩台基底埋置深度、梁底标高与桥头引线路肩标高等内容进行检算。

通过对上述内容进行检算，最终确定桥涵是否安全并将这些计算安全数据上传铁路局桥涵水文检算数据平台进行管理。

3）传统做法存在的问题。随着时间的推移，铁路桥涵所经河流会发生不断的变化，诸如断面、汇水面积、流速、水面高度等因素都会和原初设计建设时期有所不同。传统的数据采集和处理因采集工具的局限造成数据准确率差、耗时长，加上数据采集环境较差需要消耗大量的人力物力，造成采集的数据严重制约铁路桥涵防洪工作，急需一种更高效经济精准的方法替代。

3 铁路桥涵水文检算中智能测绘技术的应用

智能测绘是一种新型便捷的测绘方法，其利用无人机、无人测量船等职能测绘设备可以更高效经济的解决勘测问题，在诸多行业已经得到了广泛应用。但是将智能测绘引入铁路桥涵水文检算中国内尚没有案例，为了更好地解决工程实际问题，将智能测绘引入铁路桥涵水文检算，我们做了以下的尝试。

1）数据采集。河床断面测绘中，我们事先设定好无人测控船的航程，能迅速准确地测绘出航线河床断面形状和水深数值。通过测控船加挂的分层测速仪，能够同时测量出不同水深处的流速。另外，通过在桥墩上设置水位传感器，能够远程获取桥墩的实时水位，用以校核铁路桥涵水文检算中孔径检算的各项数据。使用无人机对铁路桥涵小流域地形进行规划测绘，能准确获取流域后建建筑物对铁路桥涵流量和冲刷影响的相关数据。

2）数据分析。由于智能测绘技术的介入，使得铁路桥涵水文检算所需要数据的获得更为便捷，能够快速得到铁路桥涵水文检算需要对所经地区的降水量、汇水面积、流量、流速以及对桥涵的冲刷影响，准确地计算既有河流对桥涵的影响是否涉及结构稳定和行车安全。通过建立动态观测，随时掌握铁路桥涵实时的水流状态和冲刷情况，形成一套规范操作模式和切实可行的数据采集、分析和处理方法。

3）推广价值。由于多方面原因，工务段技术科负责铁路桥涵水文检算技术人员除了能够进行日常报表管理和数据平台操作工作，普遍缺乏水文检算理论和实际工作能力，难以独立完成检算工作。

智能测绘一方面可以迅速掌握实时水文观测数据，减轻测绘工作强度降低人工成本；另一方面还可以根据水害发生的实际情况，完成人力所不能完成的测绘任务并可实现检算的智能化，从而解决技术人员检算能力不足的问题。

引入现代化的测绘手缎，特别是近期发展起来的智能测绘方法和手段，不仅能迅速获取实时数据，及时修正经验数值的误差，为防洪决策提供第一手详实准确资料，快速指导桥涵防洪采取合理的处置手段，更可以为桥涵日常养护维修建立动态的数据平台。

利用智能测绘手段介入铁路桥涵进行水文检算，不仅可以提高水文检算的工作效率，对桥涵流域水力水文数据进行动态管理，还可以利用自动监测设备对桥涵水文进行数据远程采集和处理，为防洪预案提供实时数据参考，为铁路桥涵养护维修、列车安全运行提供有力保障。

4 智能测绘技术在铁路桥涵养护维修应用与探索

1）智能测绘技术在铁路桥涵养护维修应用。铁路桥涵养护维修中使用智能测绘技术具有更为广阔的前景。除了在铁路桥涵水文检算中发挥较大的优势，在满足铁路桥涵的水文检算的同时还可以为铁路桥涵养护维修提供有力保障等开发阶段与前景。如可以使用无人机进行桥底裂缝检测，解决人工检测桥梁底裂缝的困难；对铁路线路沿线小流域河流和用地界内建筑变迁检查等。

随着我国高速铁路网建设不断完善，高架桥梁所占比重越来越大。使用智能测绘技术，不仅可以部分替代人工检修作业，还能有效减少因作业需要搭设临时构架对下穿道路交通的干扰和影响。

2）智能测绘技术在铁路建设方面的探索。智能测绘技术的使用，获取的数据不只停留在传统测绘技术上的高程、角度和距离，更有图文、三维成图等新型数据形式。利用这些大数据结合BIM技术可以全方位展现出铁路桥涵虚拟仿真场景，为铁路养护维修决策和仍至预可研方案提供更为直观的现场体验。无论是智能测绘技术，还是大数据应用，都将对我国铁路规划、设计、施工、养护、维修等诸多工作便利提供更为广阔的应用空间。