航測法測繪橫斷面在平原河網化地區新建鐵路中的應用

馬偉東 祝建農

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070)

在鐵路新線定測階段，橫斷面測量一直采用傳統的現場人工實測方法，特別在特殊工點地段，還需對斷面進行加寬加密，不但勞動強度大、工作效率低，而且勘測周期長、勘測成本高，直接影響勘測設計的工期。

新建鐵路寧啟線南通東至啟東段位于長江下游，沿線公路網發達，河網溝渠密布，水塘眾多，具有典型的平原河網化地區特征，在2010年定測中，開展了航測法測繪橫斷面的研究工作。航測法測繪橫斷面的方法就是利用初測已有的1：2000數字地形模型，在外業現場根據中線樁高程調整立體模型以提高高程精度，按照中線位置提取斷面。試驗表明，采用航測法測繪橫斷面，不但可以大大減少野外勘測工作量，節約勘測成本，還可以不受時間、氣候、環境等條件的影響。用航測方法測繪的線路橫斷面，與外業實測的橫斷面相比精度更高、更可靠，基本滿足了鐵路勘測設計要求。

1 工程概況

新建鐵路寧啟線南通東至啟東段位于江蘇省南通市境內，長江北岸，基本呈東西走向，西接既有寧啟鐵路南通東站，途經海門、啟東，東至規劃的啟東呂四港，是寧啟鐵路的東延伸段，新建線路全長約93 km。沿線經濟發達，人口稠密，人口密度905人/km2，是全國人口密度的6.6倍、全省的1.2倍。地貌為長江下游沖海積平原，地形平坦、開闊，地面高程一般在1.5～3.5m之間，廣泛分布軟土。沿線多為水田、河渠、水塘、道路等，河流密布，公路及水路交通發達，為典型的平原河網化地區。

2 航測法測繪橫斷面試驗方法及結果

初測階段，在線路方案確定后進行航攝，航攝比例尺根據規范要求可選用1：8000～1：12000，以滿足建立1：2000數字地形圖的精度要求。據王智等在鄭西客運專線試驗研究，選用1：8000的攝影比例是比較經濟的，既滿足1：2000航測成圖的需要，又勝任斷面圖的測繪，性價比最高。本次航攝比例尺為1：10000～1：11000，已滿足1：2000數字地形圖的精度要求。對橫斷面來說，雖已達到定測的精度，但是還存在內業高程誤差。定測中充分利用初測階段已建立的全線1：2000數字地形模型及由數模產生的該線路方案縱、橫斷面的地面線，將外業中樁高程與航測內業高程進行對比，量取和分析兩者的差值，剔除外業誤差。采用外業中樁高程代替航測內業高程，對地形模型進行修正，然后根據路基和站場在現場勘測后提交的斷面里程和斷面兩側寬度，在室內相應采集縱、橫斷面數據，再轉換成CAD圖形，完成橫斷面的編輯工作。

3 測量結果精度分析和存在問題

按照《鐵路工程測量規范》5.8.3規定:采用航測法測量橫斷面，應執行鐵道部現行《鐵路工程攝影測量規范》(TB10050)的規定，并進行現場核對。斷面點距離限差為±0.3m，高差限差為±0.35m。

為了分析航測法測繪的精度，本次定測中抽檢113個橫斷面對航測法測繪和外業實測進行了比較和分析。

3.1 中樁高程精度分析

因線路中樁不是明顯地物點，在像片上的辨認精度不高，無法統計航測法量測的中樁平面誤差，但航測法量測的中樁平面誤差，最終會反映在中樁高程誤差上。用全站儀外業測量的中樁高程與航測內業高程的差值比較見表1。

表1 外業中樁高程與航測內業高程的比較

由表1可知，在平原河網化地區，溝渠密布，大多線路中樁位于溝坎或者塘低，用航測法量測的中樁高程，難以達到定測的要求，所以可用外業定測中樁高程代替航測中樁高程，而保留航測橫斷面上各測點與樁的距離和高差關系。即航測法橫斷面中樁高程平移到外業中樁高程上，使得航測橫斷面中樁高程與外業勘測的中樁高程一致。

3.2 平面精度分析

用航測法測繪的橫斷面與全站儀外業實測的橫斷面高程較差列表，精度統計分析見表2。

表2 外業勘測與航測成果的比較

(2)外業中樁點里程和高程由線路專業提供;航測根據提供的中樁表采集斷面。

比較結果:誤差小于0.35m的斷面個數占總數的84%，誤差在0.35～0.5m的斷面個數占總數的12%，誤差大于0.5m的斷面個數僅為4%，其原因大部分為外業勘測平面偏移造成，個別由攝影質量和地表植被影響。

根據外業實測與航測所繪成的橫斷面進行比對，結果發現高程較差大于0.35以上的點大多數位于溝渠上，因很小的平面誤差就可引起較大的高程誤差。隨著距離的增大，高程較差越大，比如站場斷面需測繪的寬度比較寬，高程較差也隨之增大。

3.3 存在問題

經過試驗研究結合有關文獻資料，采用航測法測繪橫斷面可能存在以下問題:

(1)航拍間隔時間不能過長，否則由于人工的開墾或暴雨的沖刷，定測時地表已發生較大變化，用航測法測繪的橫斷面不符合現場情況而無法使用。

(2)密林、植被茂盛以及溝渠等地區，影響航測法測量精度。隱蔽溝底、陰影遮擋等攝影死角，航測法不能測繪。

(3)水下河床斷面、沿河或水網地區的半地上半水下斷面等特殊工點要求的斷面，用航測法不能測繪。

4 修正處理

在定測階段采用航測法測繪橫斷面，主要利用初測已有的航測資料(1：2000數字地形模型)，受攝影比例尺限制，同時受地表植被和攝影質量等影響較大，無法準確測量隱蔽地區地面點，所以《鐵路工程測量規范》要求除應執行鐵道部現行《鐵路工程攝影測量規范》相關規定外，還必須對橫斷面進行現場核對、補測修正。

本次定測中利用的航測資料為2009年下半年航攝，間隔時間不到一年，地表地形地物等基本無變化。用航測法在平原河網化地區測繪橫斷面，經驗證能滿足新建鐵路測繪橫斷面圖和土石方數量計算的要求;但平原河網化地區不同于山區，沒有山區復雜的地形地質，具有地形平坦，地質條件單一，沿線多為水田、水塘、道路等，河流密布，溝渠眾多，尤其在海門—啟東站之間，南北縱向溝渠平均每公里15處左右，所以采用航測法測繪橫斷面時，線路中樁兩側的溝渠、水塘和河流反映不出水深及淤泥深度，需在橫斷面圖上標注“需實測地段”，由勘測隊在現場實地補測修正，測量溝渠及水塘的水深，以修正橫斷面。致使補測工作量比較大，但與外業實測橫斷面相比，具有精度高，效率快的特點。

5 結束語

試驗研究表明，在平原河網化地區，用航測方法測繪的線路橫斷面，滿足精度要求的占84%，與外業實測的橫斷面相比精度更高，更可靠，基本滿足鐵路勘測設計要求。但受攝影比例尺、攝影質量及地表植被的影響，從而影響了航測法的精度。目前航攝比例尺一般為1：8000～1：10000，在條件許可的情況下，可通過提高攝影比例尺來提高航測方法測繪橫斷面的精度。

用航測方法測繪橫斷面，無論在降低成本、縮短外業勘測周期和提高橫斷面精度等方面，都具有里程碑式的意義。近幾年，隨著鐵路跨越式發展，用航測技術測繪橫斷面圖和工點地形圖，已越來越多的應用于新線勘測設計中。采用航測法測繪橫斷面對提升鐵路勘測技術進步、加快鐵路勘測設計一體化具有重要意義，必將在今后鐵路新線的外業勘測設計中得到廣泛應用。

［1］中鐵上海設計院集團有限公司.新建鐵路寧啟線南通東至啟東段可行性研究［R］.上海:中鐵上海設計院集團有限公司，2010(4)

［2］中鐵上海設計院集團有限公司.新建鐵路寧啟線南通東至啟東段初步設計［R］.上海:中鐵上海設計院集團有限公司，2010(11)

［3］TB10101—2009 鐵路工程測量規范［S］

［4］TB10050—1997 鐵路工程攝影測量規范［S］

［5］李平蒼，王長進.航測方法測繪橫斷面的要點［J］.鐵道勘察，2006(2):20-21

［6］王智.用航測方法測繪數字化橫斷面的研究［J］.測繪通報，2004(4):24-27

［7］盧建康，王智.用航測法測繪鐵路工點地形圖和橫斷面圖［J］.鐵道工程學報，2006(增刊):127-134

［8］祝建農，郭也清，等.平原河網化地區新建鐵路建設方案及選線探討［J］.鐵道工程學報，2011(11):1-5