鐵路橋梁巡檢中無人機攝影測量技術的應用研究

吳永春

（甘肅工業職業技術學院，甘肅天水 741025）

一、無人機系統概述

無人機在鐵路橋梁巡檢系統時通過外觀監測系統構建，實現巡檢目標。這一系統構建，主要包含了無人機飛行平臺、避障系統、高清攝像機、遙控設備、定制飛行控制的地面站系統、圖像識別處理服務器等部分，在應用中，借助人工遙控和自主飛行結合的模式，實現對于鐵路橋梁相關部位拍攝，獲得實時的影像資料和數據，借助圖像智能分析來獲得對應數據，進而精準分析鐵路橋梁病害，做好必要監管措施。鐵路橋梁巡檢無人機主要用于鐵路和橋梁病害識別，及時發現危險因素[1]，例如斜拉索、路障、結構連接件病害、混凝土鋼筋腐蝕等病害。無人機前端飛行航線能夠借助對人工飛行的軌跡處理，將其轉換成精準的飛行航線，系統可以根據航線自動飛行，識別病害，這種病害識別的精準度達到毫米等級。無人機巡檢系統對檢測結果通過云方式存儲，在有網絡的條件下實現自動傳輸，系統容量大，也有一定的兼容性，能夠滿足一些大文件傳輸[2]。

二、鐵路橋梁巡檢無人機攝影測量技術應用優勢

（一）測繪范圍廣泛

使用無人機攝影測量技術來對鐵路橋梁病害進行檢測，優勢顯著。和一般的測繪技術相比，其測量范圍更廣[3]。傳統測繪工程以測繪技術人員親自操作為主，因此他們的測量工作范圍有限，且人為操作也容易出錯，相關測量人員的工作壓力大，一些地勢地形險要的地方開展測繪的難度大、風險高，測繪人員難以達到，也無法確保測繪工作效率，這時候借助無人機攝影測量技術，可以有效擴大工作范圍，切實提升測繪工作效率，能夠自由攝影測量，對于一些環境惡劣地區的測量也能夠有效開展，避免了人工作業的誤差，測量的精準度也更高。

（二）病害測量效率高

使用無人機攝影測量技術進行鐵路橋梁病害監測，不需要相關技術人員實地勘察和監測，相關測量系統能夠對于相應鐵路和橋梁區域的地質特征參數進行把握，并對于相關地質災害情況進行預測[4]。相對于傳統測繪工作，無人機攝影測量技術的安全系數更高，不會導致相關測量技術人員發生事故。通過構建無人機攝影測量系統，能夠對于地震災害進行全面掌控，將系統采集的數據及時反饋給相關檢修人員，能夠及時發出系統警示，保證鐵路橋梁的安全性。這是對于傳統測繪工作模式的一種創新，提升了測量工作的技術含量，確保了測量工作合理性和經濟效益，加速測繪工作的可持續發展進程。

（三）成本節約成效顯著

通過無人機攝影測量技術應用，能夠降低測量工作的成本消耗。對于測繪工程來說，因為其本身具有一定的復雜性和技術專業性，也需要系統化管理。傳統測繪工作需要消耗較大的人力物力財力，成本較大，除了要購買測量儀器以及相關設備恩，相關技術人員也需要到場，實地開展勘察工作，這樣做需要較大的成本，且存在一些安全風險[5]。借助無人機攝影測量技術，可以遠程操作，無需現場人員，通過科學技術來實現遠程操作和控制，無人機可以按照規定的路線運行，第一時間采集相關鐵路和橋梁病害信息。這種攝影測量不需要大量的測繪儀器和設備，人力消耗也更少，這樣可以有效節約成本，也避免了設備損耗和維修開支，這對于促進測繪工程實現經濟效益具有重要作用[6]。

三、無人機攝影測量技術作業流程

通過無人機攝影測量，無人機需要低空飛行，在鐵路以及橋梁相應路線進行數據采集，這是一種以POS數據為基礎的快速拼接技術，在具體的測量中，還需要把握具體的作業流程，這樣才能夠鐵路和橋梁安全監測[7]。

（一）無人機低空攝影測量

無人機在低空攝影測量中，必須要有充分的準備，對于具體無人機攝影測量設備的飛行路線確定、高度測量、航飛地點選擇等，都需要提前計算好，針對不同的鐵路和橋梁項目，應該有不同的設定，做好必要準備工作，按照具體需要來選擇相機類型，這些準備工作對于測量結果都會產生影響。在鐵路橋梁工程中，整體低空飛行高度應該在60米上下，且選擇合理的相機來進行攝影測量。設定無人機的起飛方式為彈射，落地方式為傘降落[8]。在無人機起飛之前，需要確定起飛位置，確保整體開闊性，根據實際路線和橋梁長度來設定需要的無人機數量，設計航帶，確保整體航向重疊超過85%，旁向重疊超過45%，且相應低空攝影測量對攝影相片重疊度也要相對應。

（二）影像快速拼接

無人機攝影測量技術應用中，還需要借助航天遠景軟件使用，將POS數據作為基礎，對相機的焦距、像素以及同名點記性數據提取和匹配，旨在保證達到空三評差解算要求，構建相應格網，在不斷地微分糾正中，對于相應測量區域的數字進行調節，構成正射影像圖[9]。在具體操作中，這樣的操作能夠在區域中獲得的數據基礎上，為野外相控點布設提供參考依據，為后續研究奠定基礎。

（三）相控點布設和測量

相控點是立體測圖的前提，對于測量結果的準確性有重要影響，通過CORS系統和RTK對控制點進行測量，相控點布設應該確保目標影像清晰可見，便于識別和判斷，一般設置在立體量測的線狀地物焦點、明顯的地物拐點，4—6基線等位置。

（四）空三解算和立體像對構建

空三加密在無人機影像處理中至關重要，也是整個處理流程的重難點，對后續成果精度也有重要影響。無人機影像像幅一般不大，采集的影像數量爭奪，加上無人機飛行在一定程度上會受到外界條件制約，所以具體的航向和姿態角的偏差往往很大，傳統的加密軟件難以確保精度需要，在具體作業中，通過航天遠景系統能夠對無人機影響特點進行開發，實現無人機影像的快速處理目標。項目可以分為12個區域，方便開展空中三角解算，作業自由網解算連接點上下視差也需要控制在一定范圍內，確保模型連接較差符合要求。具體的控制點、檢查點都需要在立體觀測下實現精準測量目標。在完成控三加密后，借助軟件構建立體像對[10]。

（五）數字線劃圖生產

一般數字線劃圖范圍在鐵路橋梁延伸各50米位置，構建的立體相對前提下，對立體相對定向精度、模型視差等進行校驗，對于其中沒有達到精度要求的部分重新進行加密修改。相關作業人員需要結合立體影像上地物的形狀、大小、色調等，借助航天遠景采集軟件來開展平面、高程、交通、管線等重要地形要素的三維坐標及其他幾何信息。對等高線高程點進行測量，可以選用側標切準模型，針對有植物覆蓋代表加植被高度改正。

四、鐵路橋梁巡檢無人機攝影測量技術應用要點

（一）測繪數據采集

使用無人機攝影測量技術設備進行鐵路橋梁相關數據采集，要確保圖像識別中的節點以及主機間能夠實現有效通信，需要借助圖像識別技術優勢來促進相關數據采集和聚合。圖像識別應用能夠有效實現互聯網數據共享和交互。所以在設計中，需要基于圖像識別設備監控需要來對互聯網和應用，促進數據實時性不斷提升。要做到數據快速有效地采集和傳輸，這對于設備故障狀態的及時判斷和信息傳輸具有重要意義。在鐵路橋梁測繪工程中利用無人機技術來采集相關數據的時候，可采用兩種采集方式，一種是自動加密采集手段。這種采集方法指的是通過無人機設備內部的裝備、傳感器等來保存其所采集的數據，并利用加密技術來保護儲存器中的信息數據，充分發揮其內部的自我保護機制，從而避免重要數據缺失、泄漏。

此外，只有具有內部權限的人員才能讀取儲存器中的數據，有利于保障數據的安全性；另一種是手動采集手段，主要是利用相關操作人員來遠程控制計算機，根據鐵路橋梁測繪工程需求來有目的性地控制無人機進行測量、拍攝，獲取準確的數據，確保鐵路橋梁巡檢工作精準、高效進行。

（二）數據處理分析

在鐵路橋梁巡檢中，使用無人機攝影測量技術對數據處理效率更高，且數據處理精度也更理想，在鐵路橋梁病害安全巡檢中應用具有廣泛前景。在具體測量攝影中，借助無人機攝影測量設備，開展大范圍的區域測量工作，能夠獲得比較全面的數據信息，為相關檢修和保養工作提供必要依據，通過采集信息技術，確保鐵路橋梁的安全治理，也能夠提升安全治理水平和效益。但是，需要引起注意的是，使用無人機攝影測量設備，需要合理地控制無人機的飛行速度，因為大多是低空飛行，對于無人機的飛行路線進行合理設計，確保覆蓋全面，以便全面系統地掌握鐵路橋梁的具體情況?，F階段，很多鐵路橋梁工程巡檢中，通過無人機攝影測量技術應用，借助中幅面CCD來充當傳感器的感光部位，借助必要的加固以及相應的電力改裝，使其能夠作為攝影性能比較穩定的數碼相機使用。但是，由于感光單位的非正方形因子、非正交性以及畸變問題，所以很容易造成數碼相機在攝影中存在誤差。對于這一問題，需要開發一些功能更加完善的無人機攝像數碼裝置，取代傳統數碼相機，也可以開發使用一些修正軟件，對相應測量結果進行修正，確?？煽啃?，通過相關數據積累構成有效修正方案，這對無人機攝影測量中常見的一些攝影誤差問題解決有重要作用。

五、總結

目前機器人技術發展迅速，無人機也是云機器人系統是其中的杰出代表之一，現階段，無人機相關技術不斷升級，在越來越多的領域都實現了有效應用，相應系統有效結合網絡的泛在性特點，基于開放性的開發方法應用，有效地實現了無人機的進一步應用和發展，促進了無人機能力顯著提升，也讓無人機的應用領域進一步拓展，更讓無人機系統的簡化開發成為可能，有效降低了無人機構造和應用成本。基于云計算技術的云機器人服務系統，充分整合了云大數據、云計算能力、機器人與環境資源共享以及人類計算等技術。無人機操作系統通過優化設計，能夠提供相應程序庫和工具，為無人機相關控制軟件開發提供必要的支持。操作系統可以為開發者提供硬件支撐、設備驅動以及可視化工具等，還能實現消息傳遞和軟件包管理等服務，功能多樣。