传统航测结合倾斜摄影测量在大比例尺铁路带状地形图中的应用

罗芬刘明

【摘要】针对铁路带状大比例尺测图的要求，本文讨论如何利用传统航测与倾斜摄影测量技术相结合的方式获取高分辨率影像、三维倾斜模型构建以及完成高精度地形图的生产。首先根据测区情况分析采取何种技术方法，像控点布设方案、航线规划设计、空中三角测量要点分析、数字化地形图数据采集效率提升分析；根据野外实地打检查点与内业采集完成的数字化地形图进行精度比对，精度比对表明采用该技术不仅满足1：1000大比例尺带状地形图的生产，为山区、丘陵地区数字化带状地形图生产提供技术支撑。

【关键词】传统航测；倾斜摄影测量；三维倾斜模型；空中三角测量；数字化地形图

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.093

1、概述

根据国家发展改革委员会、交通运输部、国家铁路局、中国铁路总公司联合发布《铁路“十三五”发展规划》的总体部署，全国铁路将分步推进和基本完成客车径路普速线路安保区划定任务目标。计划开展线路用地图测绘和安全保护区平面图绘制工作。鉴于铁路运营线处于全线封闭状态，列车运行速度快，且铁路全线有山区、丘陵、城镇等复杂地形，若采用全野外人工实测地形图；第一，存在很大的安全隐患。第二，施测困难，作业周期长。为了避免出现生产安全事故，同时提高生产效率，本项目特采用无人机低空摄影测量的方式进行作业；其中，全线路原测上采用无人机航空摄影方式取缔传统的测量作业方式，在无人机无法兼顾的区域（限飞区和禁飞区）采用传统的常规地形测量作业方式。

2、项目区概况

项目区位于广东省境内，整个区域跨越龙川县、梅州市，全路段为客货共线铁路，采用标准间距的有砟轨道和有缝钢轨铺设，尚未实现电气化。线路示意图如图1。

3、实施方案

3.1 无人机航空摄影

根据项目区的地形地貌、近期天气情况，向所管辖的民航管理部门申请航空摄影空域。同时根据成果要求进行野外探勘并进项技术设计。本项目场站及村庄地区采用多旋五镜头倾斜摄影测量方法、场站外无人烟区域采用固定翼行传统航测的方法。

3.1.1实地踏勘

获取测区范围后，需进行实地踏勘，了解测区概况及地形地貌，寻找合适的起飞场地以便规划航线时有效规避场地周边较高的地物，确保航飞安全。

3.1.2像控点预布设

基于GoogleEarth卫星影像，其中1：500比例尺的场站附近以150-200m间距，1：1000比例尺的铁路线路以500-1000m间距，在测区范围内的合适位置预先布设像控点，且像控点按“S”型方式布设。在施测过程中可根据实际情况适当调整点位。

3.1.3像控点量测

根据相控预选点进行实地测量，若实地水泥硬化的地方，则选择喷漆的方式制作地面标识，如实地没有硬化地表的地方则选择利用标靶的形式制作地面标识。

3.1.4分区及航线设计

根据任务区地形地貌进行分区，测区属于带状测区，分区原则主要根据地形高差、线路拐弯大小进行分区。由于测区全线有山川、河流、村庄、城镇、场站等，本次主要采取分区块、和分区段两种方式进行分区。场站主要采取区块的形式分区进行倾斜摄影，铁路路线主要采用区段的形式分区进行正射摄影，航线飞行方向选择东西方向飞行，部分区域也采用了南北方向飞行。本次飞行正射航向重叠度为70%，旁向重叠度为60%；倾斜摄影航向重疊度为80%，旁向重叠度为80%。

3.1.5影像数据检查及预处理

（1）正射地面分辨率优于8cm，倾斜摄影地面分辨率为1.5cm

（2）通过目视观察，确保影像质量影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致。有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足数据生产要求。

（3）由于不同的飞行天气和不同飞行时段等原因，则会引起不同飞行架次之间的影像曝光度不均匀，明亮度不均匀等，在进行空中三角测量前应对照片进行饱和度及亮度调整。

3.1.6解析空中三角测量

空中三角测量是利用航摄相片与所摄目标之间的空间几何关系，利用共线方程根据少量相片控制点计算待求点的平面位置、高程和相片外方位元素，通过已知相片控制点推算未知点进行网平差如公式1，完成空间位置坐标系的传递任务。

本次飞行设备自带ppk动态后处理系统，通过ppk解算的POS数据可大大提高空三加密精度。

（1）资料准备

a.航摄资料：原始照片影像，ppk动态后处理解算的POS数据，相机参数；

b.其他资料：像控点测量数据，已知像控点照片。

（2）空三加密

对于面积较大、照片数量较多的区域，需根据实际情况划分子区，对每个子区进行空三加密，然后需对各个相邻分区进行接边检查，调整误差较大的连接点，重复接边检查和连接点调整操作，直至接边误差满足精度要求，最后检查空三加密成果是否符合要求。

3.1.7倾斜三维模型、立体相对构建

本项目采用Context Capture Master软件构建场站的三维模型，Pix4D构建铁路线路的立体像对和正射影像。倾斜三维模型构建流程如图2，立体相对构建流程如图3。

3.2 数字化地形图测绘

3.2.1立体采集

（1）场站部分：利用倾斜摄影测量方法测制1：500地形图，按照1：500的地形图采集技术规范，采集铁路要素及附属设施、房屋、水系、地形地貌等要素如图4。

（2）场站外其他线路部分：通过Pix4d软件构建铁路线路空三加密，空三加密生成立体测图工程进行立体采集，按照1：1000的地形图采集技术规范，采集铁路设施要素、房屋、水系要素、地形地貌等要素如图5。

3.2.2外业调绘

内业定位外业定性，针对立体相对采集的图形打印图纸进行野外调绘。外业调绘主要调绘的内容包括房屋结构、层数，阳台、飘楼及房檐情况；百米标、公里桩、曲线碑位置和属性，信号灯属性，隧道口名称，管线（电力线和通讯线）连线，植被信息，沟渠流向和道路的铺设材料。

3.2.3地图编辑整饰

（1）为保证地形图各要素的清晰，各符号间的距离不应小于0.2mm。

（2）道路虚实边线遵循阳光阴影法则。

（3）建筑区内电力线、通讯线不连线，只在杆架处绘出连线方向，郊外采用连线表示。

（4）双线道路与房屋、围墙边线重合时，可以建筑物边线代替路边线。

（5）水涯线与陡坎重合时，可用陡坎边线代替水涯线。

（6）图幅接边时，地物平面位置及等高线接边较差一般不得大于地形图基本精度规定的相对中误差的2倍。

3.2.4铁路数字化地形图分幅与编号

（1）数字化地图分为车站用地图、区间用地图。

（2）车站、区间用地图应分线名、按线路里程增长方向分幅，并以此顺序编号；

（3）车站根据车站进出站信号灯位置单独分幅，车站用地图一般每个车站为一幅图。

（4）区间用地图图幅宽度采用841mm，按照4-5km长度分幅。

3.2.5图幅接边

图幅接边原则：相邻图幅采取西北接边。相邻图幅接边应采用“捕捉”方式，进行图廓线上端点的精度连接。线要素以及面要素既要进行图形、几何位置、属性接边。

3.2.6禁飞区以及内业无法判别地物补测

（1）针对禁飞区域采用了传统测量的作业方式进行地形图测绘。

（2）由于项目实施为夏季，植被茂盛，需对内业采集时辨别不清标记为“A”的地物进行外业补测。

（3）禁飞区域采取全野外实测。

4、精度检查结果

地物点平面精度检查：

在实地图根点位置，对有条件设站区域内的房角、围墙点设站采集数据。共检测点位2247个，将这些点位的数据与电脑中提取的图面对应点位数据进行比较，根据高精度检测中误差公式M=计算出平面点位中误差为±4.6cm。

5、主要技术问题和处理方法

5.1 带状航线规划

航线规划主要有测区和测段两种方式形式，针对铁路存在诸多拐角的带状地形，采用测段模式显然更为合理，但地面站软件规划航线时测段模式是在测区的模式下对航线进行精简，虽减少了非必要航线的产生，节省了飞行时间，提高了作业效率，但也导致了无人机拍照时姿态不稳定的情况，影响照片质量甚至后期数据建模。

解决方案：为保证无人机拍照时处于较为平稳的状态，在软件自动生成的航线基础上，在转弯过急、过大的区域添加必要的非拍照航路点、设置预转弯，方便调整无人机的进场方向和姿态，保证照片质量。

5.2 铁路设施要素调查

铁路线路上存在百米标、公里桩等多种标识，在：11000的影像中呈现为大小类似的小白点，内业体力采集时无法区分各种标识的相关属性。铁路设施要素位于运营线内，时有火车通过，车速较快，采用实地调绘的方式不仅会危害火车的运营安全，还会给自身的人生安全带来危险。

解决方案

（1）无人区域

为保障作业员的人生安全，采用作业员乘坐火车，手持高像素的手机录制视频的方式获取铁路线路的真实情况，利用各种标识周边地物判断标识的大致位置，内业采集人员通过比对正射影像和三维模型与视频中地物的相似程度，选取相似程度最高的位置作为各种不同类型的铁路设施要素，从而确定各种铁路设施要素的位置及相关属性。

（2）场站和有村庄的路段

采用按原比例尺放大1.5倍打印图纸进行野外实地调绘，根据外业调绘图纸与正射影像和三维模型比对确定公里标和百米标位置。

结语：

本文主要介绍了传统航测技术结合倾斜摄影测量技术在铁路带状地形图生产中的具体流程，针对场站和村庄区域采用倾斜摄影测量的技术方法生产数字化地形图，场站、村庄外的无人区域采用正射的方法生产数字化地形图。通过两种不同的技术方法的相结合，以及对项目区地形图成果精度检查分析，发现采用两种方法相結合在不同比例尺中的成图精度均满足要求，体现了不同区域利用不同技术方法不仅满足相应的精度要求，并且大大的提高效率，为长距离跨越丘陵、山区线状工程基础资料的获取、数字化铁路的建设提供技术支撑。

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