飛馬無人機在高寒、高海拔鐵路施工測量中的應用探討

朱峰 譙生有 周建東

摘要：隨著無人機硬件和軟件技術的不斷提升，利用無人機加載多鏡頭進行低空傾斜攝影測量技術手段，獲取高精度地形地貌信息和高清晰度正射影像，在鐵路施工測量中應用越來越多。某鐵路平均海拔在4000m左右具有高寒、高海拔、地形復雜、垂直落差大等特點，利用飛馬多旋翼無人機，機身重量輕、長航時、垂直起降的優勢及“鐵五精測GIS信息平臺”無人機巡檢系統，對某鐵路超長隧道各洞口工點及線路帶狀地形進行了傾斜攝影測量，總結了高海拔地區無人機傾斜攝影測量的經驗。

關鍵詞：無人機航測技術;高寒、高海拔;施工測量;技術應用

引言

近年來，低空無人機在各行各業中的應用飛速發展，在鐵路工程施工測量中的應用越來越普遍，尤其在工程開工前期，需要快速獲取重點結構物線路帶狀三維模型或數字正射影像，為快速開展現狀核查和施工場地布設提供決策依據，高海拔、垂直落差大的鐵路施工地區，高原反應顯著，采用人工數字化測圖幾乎無法實現，而長航時、垂直起降，定點起降，操作簡便的低空無人機航測技術勞動強度小，對起降點地形要求不高，大大提高了施工測量的效率，降低了勞動強度，具有顯著的優勢。

1 飛馬無人機航測系統的特點

D2000飛馬旋翼無人機系統的特點是多個旋翼，能長時間續航，機型小巧，外觀可同時把傾斜攝影、可見光視頻及熱紅外遙感等多種類型的功能模塊實現一機搭載，能在多元化基礎上實現數據信息的全方位采集。

飛馬無人機管家可提供數據信息的采集處理，顯示管理以及維護等一站式服務，它對飛行平臺的支持包括旋翼和固定翼，航線模式的適應飛行類型很廣，對真三維地形數據三維航線精準規劃，飛行質檢的快捷服務，實時三維飛行，維護保養的智能化服務，預處理數據工具箱以及精確控制的智能成圖。

1.1.機身小巧操控簡單

飛馬D2000無人機具有體型輕巧且操作簡單靈活的特點，對駕駛員操控無人機的技術要求難度較小。需在飛行過程中嚴密監測機身飛行狀態，它小巧的機身體積讓自重得到最大限度的縮減[1]，飛行移動得以更加靈活，更容易操控它的起降，不用再勞神費力選擇起降地點，可以隨時隨地起降，它對風向變化的適應性非常強，能巧妙借用來控制自身的飛行振動，在進行航空拍攝時就可最大限度地避免誤差。

1.2高精度航怕

飛馬無人機可以較容易地實現高清專業測繪儀器和航拍設備的攜帶，加載的多鏡頭傾斜攝影測量和強大的數據處理功能，能確保質量精準的航拍影像，借助現代信息技術衍生的智能技術完成自動化和智能化極高的航拍測繪，繁重的外業和內業工作負擔得以大幅緩解，測量質量和效率得以大幅度提升。可以實現地理信息低空遙感勘測，能勝任低空環境，因而在工程測量和搶險救災中得到普遍使用[2]。

2.無人機航測系統和應用要點

2.1.無人機應用現狀

工程測量和航拍數據信息采集等產業迎來了迅猛發展的大好時光，截至目前，無人機航測的應用已經在多各領域得到大力推廣，尤其是在鐵路、公路、電力、農業、軍事等各個領域的作用更是舉足輕重，為國家經濟發展，社會進步做出了顯著的貢獻。

3 飛馬D2000無人機在川藏鐵路施工應用案例

3.1工程概況

某鐵路工程標段正線長度30km，包含隧道28966m/3座、橋梁1557.7m/4座、車站1座，該測區施工區域最高海拔約為4500m，最底海拔約為3500m，平均海拔約為4000m，海拔落差達1000m。

3.2航測生產流程

根據該項目施工需要，制定航測生產流程如下圖1所示

3.3航測作業主要內容

本次航測內容是轄區內工程結構物，其中包括特長隧道6個斜井及出口洞門施工段、兩處棄渣場、施工便道、炸藥庫、應急中心、中心實驗室駐地臨建、容積、選址等航測任務。無人機一個駕次電池理論續航時間為45分種左右，由于測區處于高寒、高海拔地區，該測區一個駕次電池平均實際續航為30分種左右。本次航測作業共飛行25架次，獲取航拍相片數量8萬余張。

3.4航測參數設置

飛馬D2000無人機搭載OP-3000相機，加載5鏡頭，影像地面分辨率2cm，飛行拍攝模式為傾斜式，控制點平面中誤差2cm內，高程中誤差5cm內，航向重疊度80%和旁向重疊度為65%，轄區內地形較平坦的場地臨建、棄渣場及便道等區域相對航高設置為200m，對于斜井、隧道洞門段等地形落差大，山嶺陡峭區域采用仿地飛行模式。

3.5 GIS信息平臺的應用

應用具有自主知識產權的“鐵五精測GIS信息平臺”無人機巡檢系統對航測成果進行切片提取、模型與失量文件疊加、參數計算、虛擬放樣檢測、量測檢測、定位標注、提取剖面線計算工程量、可視化實景3D漫游等功能。

鐵五精測GIS信息平臺可實現以下功能：

（1）GIS信息平臺支持多類型文件格式導入，坐標系設置參數計算，測區坐標系為CGCS2000坐標系橢球體參考，中央子午96°00′標準3度帶，利用GIS信息平臺參數計算功能，可以投影轉化到對應的工程獨立坐標系中。

（2）虛擬放樣功能，系統平臺可對標記語言和電腦輔助設計軟件格式矢量文件提供導入支持，自動選擇拍攝測量建筑物的關鍵部位并據此生成三維立體模型與矢量文件進行疊加匹配，可對施工結構物成品或半成品位置、結構尺寸進行測量檢核，并對檢測數據進行統計分析，篩選出位置或尺寸偏差不符合要求的結構物生成報告，防止施工放樣中粗差產生。

（3）量測、查詢和定位功能，在實體模型上對結構物進行規格尺寸準確性的檢測，幫助決策部門規劃部署施工便道和工程選址，大量節約工程成本費用，利用構建的三維立體模型還可對坐標進行查詢和定位，實現“所見即所得”，還能實現地標的同步保存。車站量測、查詢和定位展示，如下圖2。

（4）提取剖面線計算工程量功能，可利用無人機航測得到的路基影像資料，生成三維立體模型和工程地形圖，從而實現管段原地面現狀核查。中心實驗室臨建提取剖面線計算工程量展示，如下圖3。

（5）工點日志功能，無人機航測能準確拍攝記錄管段施工全過程，詳細反應施工現場的各種變化情況并標注備忘在三維立體模型。特長隧道進口施工概況展示，如下圖4。

（6）VR漫游展示功能，可實現施工區域的完整性拍攝，提供清晰影像實現電子沙盤功能，當施工內容發生變更時可提供準確參考。

（7）GIS信息平臺Web端拓展，將大量的航測成果存儲在云端減少本地資源占用，并可供多人同時在不同平臺上清晰瀏覽工程區域的三維場景。

5 小結

通過此次航測項目的實施，得出如下幾點結論：

（1）飛馬無人機長航時多鏡頭傾斜攝影系統，能夠較好地適應高寒、高海拔地區大落差地形，對于高海拔冬季寒冷氣候條件下，電池實際續航時間約減少25%左右。

（2）高海拔地區高原反應較為顯著，人工測圖實現難度極大，無人機航測自動化程度高，可以有效降低勞動強度，提高作業效率。

（3）應用GIS應用平臺可以充分發揮無人機航測數據在施工測量中的應用效果。

參考文獻：

[1]周長志，陳瑞聰，李濤，苑慶中.河湖劃界測量應用探討——以聊城市河湖水利工程為例[J].測繪通報，2020（08）：105-107.

[2]吳迪軍，張建軍，李劍坤，熊偉，何廣源.帶狀區域無人機航測像控點布測方法研究[J].鐵道勘察，2017，43（06）：5-9.