飞马无人机在高寒、高海拔铁路施工测量中的应用探讨

朱峰 谯生有 周建东

摘要：随着无人机硬件和软件技术的不断提升，利用无人机加载多镜头进行低空倾斜摄影测量技术手段，获取高精度地形地貌信息和高清晰度正射影像，在铁路施工测量中应用越来越多。某铁路平均海拔在4000m左右具有高寒、高海拔、地形复杂、垂直落差大等特点，利用飞马多旋翼无人机，机身重量轻、长航时、垂直起降的优势及“铁五精测GIS信息平台”无人机巡检系统，对某铁路超长隧道各洞口工点及线路带状地形进行了倾斜摄影测量，总结了高海拔地区无人机倾斜摄影测量的经验。

关键词：无人机航测技术;高寒、高海拔;施工测量;技术应用

引言

近年来，低空无人机在各行各业中的应用飞速发展，在铁路工程施工测量中的应用越来越普遍，尤其在工程开工前期，需要快速获取重点结构物线路带状三维模型或数字正射影像，为快速开展现状核查和施工场地布设提供决策依据，高海拔、垂直落差大的铁路施工地区，高原反应显著，采用人工数字化测图几乎无法实现，而长航时、垂直起降，定点起降，操作简便的低空无人机航测技术劳动强度小，对起降点地形要求不高，大大提高了施工测量的效率，降低了劳动强度，具有显著的优势。

1 飞马无人机航测系统的特点

D2000飞马旋翼无人机系统的特点是多个旋翼，能长时间续航，机型小巧，外观可同时把倾斜摄影、可见光视频及热红外遥感等多种类型的功能模块实现一机搭载，能在多元化基础上实现数据信息的全方位采集。

飞马无人机管家可提供数据信息的采集处理，显示管理以及维护等一站式服务，它对飞行平台的支持包括旋翼和固定翼，航线模式的适应飞行类型很广，对真三维地形数据三维航线精准规划，飞行质检的快捷服务，实时三维飞行，维护保养的智能化服务，预处理数据工具箱以及精确控制的智能成图。

1.1.机身小巧操控简单

飞马D2000无人机具有体型轻巧且操作简单灵活的特点，对驾驶员操控无人机的技术要求难度较小。需在飞行过程中严密监测机身飞行状态，它小巧的机身体积让自重得到最大限度的缩减[1]，飞行移动得以更加灵活，更容易操控它的起降，不用再劳神费力选择起降地点，可以随时随地起降，它对风向变化的适应性非常强，能巧妙借用来控制自身的飞行振动，在进行航空拍摄时就可最大限度地避免误差。

1.2高精度航怕

飞马无人机可以较容易地实现高清专业测绘仪器和航拍设备的携带，加载的多镜头倾斜摄影测量和强大的数据处理功能，能确保质量精准的航拍影像，借助现代信息技术衍生的智能技术完成自动化和智能化极高的航拍测绘，繁重的外业和内业工作负担得以大幅缓解，测量质量和效率得以大幅度提升。可以实现地理信息低空遥感勘测，能胜任低空环境，因而在工程测量和抢险救灾中得到普遍使用[2]。

2.无人机航测系统和应用要点

2.1.无人機应用现状

工程测量和航拍数据信息采集等产业迎来了迅猛发展的大好时光，截至目前，无人机航测的应用已经在多各领域得到大力推广，尤其是在铁路、公路、电力、农业、军事等各个领域的作用更是举足轻重，为国家经济发展，社会进步做出了显著的贡献。

3 飞马D2000无人机在川藏铁路施工应用案例

3.1工程概况

某铁路工程标段正线长度30km，包含隧道28966m/3座、桥梁1557.7m/4座、车站1座，该测区施工区域最高海拔约为4500m，最底海拔约为3500m，平均海拔约为4000m，海拔落差达1000m。

3.2航测生产流程

根据该项目施工需要，制定航测生产流程如下图1所示

3.3航测作业主要内容

本次航测内容是辖区内工程结构物，其中包括特长隧道6个斜井及出口洞门施工段、两处弃渣场、施工便道、炸药库、应急中心、中心实验室驻地临建、容积、选址等航测任务。无人机一个驾次电池理论续航时间为45分种左右，由于测区处于高寒、高海拔地区，该测区一个驾次电池平均实际续航为30分种左右。本次航测作业共飞行25架次，获取航拍相片数量8万余张。

3.4航测参数设置

飞马D2000无人机搭载OP-3000相机，加载5镜头，影像地面分辨率2cm，飞行拍摄模式为倾斜式，控制点平面中误差2cm内，高程中误差5cm内，航向重叠度80%和旁向重叠度为65%，辖区内地形较平坦的场地临建、弃渣场及便道等区域相对航高设置为200m，对于斜井、隧道洞门段等地形落差大，山岭陡峭区域采用仿地飞行模式。

3.5 GIS信息平台的应用

应用具有自主知识产权的“铁五精测GIS信息平台”无人机巡检系统对航测成果进行切片提取、模型与失量文件叠加、参数计算、虚拟放样检测、量测检测、定位标注、提取剖面线计算工程量、可视化实景3D漫游等功能。

铁五精测GIS信息平台可实现以下功能：

（1）GIS信息平台支持多类型文件格式导入，坐标系设置参数计算，测区坐标系为CGCS2000坐标系椭球体参考，中央子午96°00′标准3度带，利用GIS信息平台参数计算功能，可以投影转化到对应的工程独立坐标系中。

（2）虚拟放样功能，系统平台可对标记语言和电脑辅助设计软件格式矢量文件提供导入支持，自动选择拍摄测量建筑物的关键部位并据此生成三维立体模型与矢量文件进行叠加匹配，可对施工结构物成品或半成品位置、结构尺寸进行测量检核，并对检测数据进行统计分析，筛选出位置或尺寸偏差不符合要求的结构物生成报告，防止施工放样中粗差产生。

（3）量测、查询和定位功能，在实体模型上对结构物进行规格尺寸准确性的检测，帮助决策部门规划部署施工便道和工程选址，大量节约工程成本费用，利用构建的三维立体模型还可对坐标进行查询和定位，实现“所见即所得”，还能实现地标的同步保存。车站量测、查询和定位展示，如下图2。

（4）提取剖面线计算工程量功能，可利用无人机航测得到的路基影像资料，生成三维立体模型和工程地形图，从而实现管段原地面现状核查。中心实验室临建提取剖面线计算工程量展示，如下图3。

（5）工点日志功能，无人机航测能准确拍摄记录管段施工全过程，详细反应施工现场的各种变化情况并标注备忘在三维立体模型。特长隧道进口施工概况展示，如下图4。

（6）VR漫游展示功能，可实现施工区域的完整性拍摄，提供清晰影像实现电子沙盘功能，当施工内容发生变更时可提供准确参考。

（7）GIS信息平台Web端拓展，将大量的航测成果存储在云端减少本地资源占用，并可供多人同时在不同平台上清晰浏览工程区域的三维场景。

5 小结

通过此次航测项目的实施，得出如下几点结论：

（1）飞马无人机长航时多镜头倾斜摄影系统，能够较好地适应高寒、高海拔地区大落差地形，对于高海拔冬季寒冷气候条件下，电池实际续航时间约减少25%左右。

（2）高海拔地区高原反应较为显著，人工测图实现难度极大，无人机航测自动化程度高，可以有效降低劳动强度，提高作业效率。

（3）应用GIS应用平台可以充分发挥无人机航测数据在施工测量中的应用效果。

参考文献：

[1]周长志，陈瑞聪，李涛，苑庆中.河湖划界测量应用探讨——以聊城市河湖水利工程为例[J].测绘通报，2020（08）：105-107.

[2]吴迪军，张建军，李剑坤，熊伟，何广源.带状区域无人机航测像控点布测方法研究[J].铁道勘察，2017，43（06）：5-9.