无人机测量在铁路工程测绘实践中的应用

崔百林

中国铁路设计集团有限公司测绘地理信息研究院第一测绘研究所，天津 300251

无人机是当下兼具实用性和智能性的科技产物，作为新型的测绘技术，以无人机设备为主体，辅助其他软件系统，可以快速获取地形地势图形、数字信息，并经数据信息共享、数据分析处理，总结可用的图像、文字等数据信息，绘制地形图，为铁路工程开展提供有效参考。相对于传统的铁路测绘方法，高效准确的测绘结果有利于促进工程建设，提升工程质量，减少工程前期勘测成本和时间，在地形测绘工程中具有显著的应用优势。

1 无人机测量在铁路工程测绘实践中的应用优势

（1）测绘方便。无人机属于低空飞行领域，起飞降落的场地要求较低，在飞行空间规划、路线设计方面也较为容易，且整个测绘过程耗时较短，受外界环境因素影响较小，仅需在面积较小的作业区就可以对整个需要测绘的地区进行全面测绘。

（2）实时测绘。无人机可以在短时间的测绘准备后快速开始数据采集，根据不同地质情况随时出发，快速得到清晰的影像，并将用户所需要的图像实时传输给相关技术部门的技术人员，数据信息的传输、利用时效性高，可以很好地满足工程前期的规划设计对于地形等数据的需求。

（3）适用范围广泛。多个无人机可以同时测绘，选好测绘点，设计好航拍线路，根据不同测绘环境下的测绘要求大范围同时进行准确监测和测量，整个测绘过程数据采集快速全面，地形测绘处理耗时也较短，且能够到达人工探测无法到达的区域，测绘工作较为安全，有效地提升了测绘工作效率和质量。

2 无人机测量在铁路工程测绘实践中的应用要点

（1）测量准备。首先，需要开展现场踏勘，收集工程资料和测区的基础信息，了解测区实际状况和地理位置，根据无人机的系统与设备性能、实际作业要求和范围要求制订相应的飞行方案，其中包括飞行作业区选定、航线规划、无人机的相关飞行参数、飞行控制要点和依据等，确保无人机能在规定时间内在指定区域完成航拍工作，测绘结果清楚准确；其次，需要进行设备校验、调试，根据要求进行常规检查，根据设计的测绘方案组装无人机并试飞，根据试飞结果科学调整测绘方案。

（2）航摄作业。首先，按照设定好的区域范围、参数、高度和航行路线进行自动拍摄，采集升空影像数据，获得测绘范围的基础影像资料，在这个过程中，由于无人机受气候和风力的影响较大，地面要进行飞行监控，监测电量、风速、风向、实时飞行航线与预设的差距，通过GPS定位、人工远程操控，确保不偏离航线，能够正常返航，提升飞行效率。其次，及时分析影像资料，检查成像效果，核查数据是否有遗漏，当存在漏拍、照片模糊不清等问题时，根据测图精度要求、工程实际需要调整飞行参数，再次飞行航摄，提高数据的有效性。此外，还要正确保存、备份、传输数据，便于后续测绘数据的分析与解读。

（3）数据采集。利用无人机进行航空摄影测量，为了获得较为全面有效的测绘信息，可以采用三角测量法，由技术人员远程操控无人机，精准获取测试点的图像及测量数据。在铁路工程项目中，其影像云数据主要依靠点云处理技术软件有效开展核心数据收集，云数据自身包含相对丰富的地理纹理信息以及语言意义信息，所形成的云地图数据总量较大，对于特殊地形、其他测绘方式所无法探测的四角地带也能有效测量，并借助信息化手段将数据整合，处理成为可供测绘人员直接利用的工程资料，最大程度上保障了测绘数据的可靠性。

（4）地形图绘制。首先，要核实数据的准确性，结合无人机测量运作原理、测绘方案以及地形图绘制的依据等对数据进行分析处理，以求获得满足实际需求的测量结果，并且以测量数据为基础，借助相应的图像等数字化处理系统对测量数据进行运算等处理，根据处理结果按照比例要求制作地形结构图。其次，绘图时要按照相应的图式要求、国家测绘工程测量标准进行野外调绘，为了使测量结果具有更高准确性，需要根据测绘盲区、测绘精度要求合理调整观测点，进行补测，对内业采集的地物、地貌要素数据进行类型、边界、属性的修改编辑、接边，形成满足相关技术规定要求的数字地形图成果。

3 无人机测量在铁路工程测绘中的具体应用

（1）铁路勘察设计阶段。铁路工程早期工作重点是进行地形勘测，收集地质资料、制作地形图，为设计工作做准备，特别是对于一些地质地形条件不允许进行大规模的人力测绘的地段，利用无人机及当下先进的传感器设备、摄影和遥感等技术，可以获得全面、形象、清楚的航片，并推测勘测区域内地层、岩性、地质构造、不良地质等信息，勾绘出沙漠、沼泽、盐湖、碱滩等不良地质的分布范围、水源分布情况，精确标识测量范围内的特殊构造物和设施，高效完成设计阶段的地形测量与大比例尺地形图制作任务，获得完善的区域地形图、水文资料、数字高程模型等铁路线路设计所需的重要工程资料，有助于设计经济合理的线路方案。

（2）铁路施工阶段。利用无人机遥感结合卫星遥感的方式可对施工现场的地形和地质地貌、地面建筑物等情况进行信息采集，进而在施工阶段发挥辅助监管作用。首先，在施工前期准备阶段，对于材料和设备的存放地点、运输路线规划、水电能源设施搭建、线路布设等，无须大量的人力实地考察，借助无人机完成对地物的分析和计算，可以优化施工组织、材料运输、现场平面布置等方案。其次，可将设计好的铁路三维模型数据导入三维GIS，并利用无人机进行定期巡视，形成可视化的施工管理，实现对施工过程的实时全面监督，对施工环境进行有效监测，全面掌握施工引起的周边生态环境、地表地形、地质环境变化，加上数据传输和利用的高效性，可提升施工部门的决策、施工组织管理效率，从而有助于施工安全顺利进行。

（3）铁路运营维护阶段。地铁的覆盖范围很广，在长时间的运营期内会因为地理、气候等因素产生不同的地质灾害威胁，其运营维护管理重难点也会有很大的差异。为了提高运营质量和维管成效，利用无人机航空遥感技术获得高分辨率、高时效性的影像数据，可对铁路沿线进行定期巡查，对重点区域进行短时间持续监测，并对影响铁路运营的落石、滑坡、泥石流进行监控与预警，实现运营期复测与监测和安全监测，有助于土地管理与规划、抢险救灾、工程病害防治等工作开展。此外，利用无人机航空遥感技术还可为既有铁路运营维护提供大量基础地理信息，除了设计前期勘测到的工程地质资料，对于已完工的线路所经具体位置、车站、沿线的地形地势和人文、建筑等情况，乃至后期线路周边的变化情况都可进行全面收集，并及时更新，建立准确、庞大的基础地理信息数据库，有助于运营管理时构建铁路沿线三维模型，从而促进运营维护工作的开展。

4 无人机测量在铁路工程测绘实践中的应用建议

（1）保证设备的工作状态。为了全面发挥无人机的优势，无人机测绘团队一定要定期对设备进行检修、维护，特别是电气系统、精密元件等，使通信模块、电源模块能够处在最佳运行状态，保证整个系统的安全性和高效性；在正式应用设备前，要进行设备检测，对于不稳定的设备要及时调试，运行状态不符合基础标准时要立即更换，并根据实际工程应用方案调整好设备运行参数，开展飞行试验，进行必要的调整，以提高无人机使用效率，使其能够发挥良好的测绘效果。

（2）优化数据传输。无人机测量的数据实时传输需要基于信号传输系统来实现，其中最重要的就是信号接收装置的设置，要根据测绘区域、测绘点布置、地形地势等确定，这样才能确保信号的稳定传输和接收信号的完整性。此外，还要强化拍摄区域的点位布控效果，针对监测区域的条件进行分析，了解目标区域的测量需求，结合飞行高度和线路、信号传输距离和强弱制订基础布控方案，使其可以与地势、地形达到深度结合的效果。

（3）严格管控航拍环节飞行。摄影环节极大地影响数据的采集效果，为了确保工程测绘可以达到最佳效果，需要降低这一环节出现问题的概率，鉴于不同的机型有不同的操作方式，飞行遥控的影响因素也较多，需要对无人机起飞、飞行、降落的整个过程进行严密的监控，注重控制飞行与摄影细节。首先，要提升该方面的技术管控和操控人员的技能水平；其次，要考虑到风力会扰乱气流，无人机可能无法正常飞行、降落，影响测绘精确度，需要对无人机的抗风性进行改进，避免无人机的正常应用受到干扰，以提高整体测绘效果。

5 结束语

综上所述，无人机测量是一项技术含量较高的工作，经诸多实践证明，在实际工程测绘应用中具有非常明显的优势，因此值得在铁路工程中推广应用。但要取得预期应用效果，保障测绘质量，需要掌握正确的应用流程、测量方式，制订科学合理的飞行航拍路线、测绘方案，提升各项信息数据的采集效率，在全面精确的数据基础上，强化数据分析处理，以获得铁路工程项目开展所需的相关资料。