铁路桥梁巡检中无人机摄影测量技术的应用研究

吴永春

（甘肃工业职业技术学院，甘肃天水 741025）

一、无人机系统概述

无人机在铁路桥梁巡检系统时通过外观监测系统构建，实现巡检目标。这一系统构建，主要包含了无人机飞行平台、避障系统、高清摄像机、遥控设备、定制飞行控制的地面站系统、图像识别处理服务器等部分，在应用中，借助人工遥控和自主飞行结合的模式，实现对于铁路桥梁相关部位拍摄，获得实时的影像资料和数据，借助图像智能分析来获得对应数据，进而精准分析铁路桥梁病害，做好必要监管措施。铁路桥梁巡检无人机主要用于铁路和桥梁病害识别，及时发现危险因素[1]，例如斜拉索、路障、结构连接件病害、混凝土钢筋腐蚀等病害。无人机前端飞行航线能够借助对人工飞行的轨迹处理，将其转换成精准的飞行航线，系统可以根据航线自动飞行，识别病害，这种病害识别的精准度达到毫米等级。无人机巡检系统对检测结果通过云方式存储，在有网络的条件下实现自动传输，系统容量大，也有一定的兼容性，能够满足一些大文件传输[2]。

二、铁路桥梁巡检无人机摄影测量技术应用优势

（一）测绘范围广泛

使用无人机摄影测量技术来对铁路桥梁病害进行检测，优势显著。和一般的测绘技术相比，其测量范围更广[3]。传统测绘工程以测绘技术人员亲自操作为主，因此他们的测量工作范围有限，且人为操作也容易出错，相关测量人员的工作压力大，一些地势地形险要的地方开展测绘的难度大、风险高，测绘人员难以达到，也无法确保测绘工作效率，这时候借助无人机摄影测量技术，可以有效扩大工作范围，切实提升测绘工作效率，能够自由摄影测量，对于一些环境恶劣地区的测量也能够有效开展，避免了人工作业的误差，测量的精准度也更高。

（二）病害测量效率高

使用无人机摄影测量技术进行铁路桥梁病害监测，不需要相关技术人员实地勘察和监测，相关测量系统能够对于相应铁路和桥梁区域的地质特征参数进行把握，并对于相关地质灾害情况进行预测[4]。相对于传统测绘工作，无人机摄影测量技术的安全系数更高，不会导致相关测量技术人员发生事故。通过构建无人机摄影测量系统，能够对于地震灾害进行全面掌控，将系统采集的数据及时反馈给相关检修人员，能够及时发出系统警示，保证铁路桥梁的安全性。这是对于传统测绘工作模式的一种创新，提升了测量工作的技术含量，确保了测量工作合理性和经济效益，加速测绘工作的可持续发展进程。

（三）成本节约成效显著

通过无人机摄影测量技术应用，能够降低测量工作的成本消耗。对于测绘工程来说，因为其本身具有一定的复杂性和技术专业性，也需要系统化管理。传统测绘工作需要消耗较大的人力物力财力，成本较大，除了要购买测量仪器以及相关设备恩，相关技术人员也需要到场，实地开展勘察工作，这样做需要较大的成本，且存在一些安全风险[5]。借助无人机摄影测量技术，可以远程操作，无需现场人员，通过科学技术来实现远程操作和控制，无人机可以按照规定的路线运行，第一时间采集相关铁路和桥梁病害信息。这种摄影测量不需要大量的测绘仪器和设备，人力消耗也更少，这样可以有效节约成本，也避免了设备损耗和维修开支，这对于促进测绘工程实现经济效益具有重要作用[6]。

三、无人机摄影测量技术作业流程

通过无人机摄影测量，无人机需要低空飞行，在铁路以及桥梁相应路线进行数据采集，这是一种以POS数据为基础的快速拼接技术，在具体的测量中，还需要把握具体的作业流程，这样才能够铁路和桥梁安全监测[7]。

（一）无人机低空摄影测量

无人机在低空摄影测量中，必须要有充分的准备，对于具体无人机摄影测量设备的飞行路线确定、高度测量、航飞地点选择等，都需要提前计算好，针对不同的铁路和桥梁项目，应该有不同的设定，做好必要准备工作，按照具体需要来选择相机类型，这些准备工作对于测量结果都会产生影响。在铁路桥梁工程中，整体低空飞行高度应该在60米上下，且选择合理的相机来进行摄影测量。设定无人机的起飞方式为弹射，落地方式为伞降落[8]。在无人机起飞之前，需要确定起飞位置，确保整体开阔性，根据实际路线和桥梁长度来设定需要的无人机数量，设计航带，确保整体航向重叠超过85%，旁向重叠超过45%，且相应低空摄影测量对摄影相片重叠度也要相对应。

（二）影像快速拼接

无人机摄影测量技术应用中，还需要借助航天远景软件使用，将POS数据作为基础，对相机的焦距、像素以及同名点记性数据提取和匹配，旨在保证达到空三评差解算要求，构建相应格网，在不断地微分纠正中，对于相应测量区域的数字进行调节，构成正射影像图[9]。在具体操作中，这样的操作能够在区域中获得的数据基础上，为野外相控点布设提供参考依据，为后续研究奠定基础。

（三）相控点布设和测量

相控点是立体测图的前提，对于测量结果的准确性有重要影响，通过CORS系统和RTK对控制点进行测量，相控点布设应该确保目标影像清晰可见，便于识别和判断，一般设置在立体量测的线状地物焦点、明显的地物拐点，4—6基线等位置。

（四）空三解算和立体像对构建

空三加密在无人机影像处理中至关重要，也是整个处理流程的重难点，对后续成果精度也有重要影响。无人机影像像幅一般不大，采集的影像数量争夺，加上无人机飞行在一定程度上会受到外界条件制约，所以具体的航向和姿态角的偏差往往很大，传统的加密软件难以确保精度需要，在具体作业中，通过航天远景系统能够对无人机影响特点进行开发，实现无人机影像的快速处理目标。项目可以分为12个区域，方便开展空中三角解算，作业自由网解算连接点上下视差也需要控制在一定范围内，确保模型连接较差符合要求。具体的控制点、检查点都需要在立体观测下实现精准测量目标。在完成控三加密后，借助软件构建立体像对[10]。

（五）数字线划图生产

一般数字线划图范围在铁路桥梁延伸各50米位置，构建的立体相对前提下，对立体相对定向精度、模型视差等进行校验，对于其中没有达到精度要求的部分重新进行加密修改。相关作业人员需要结合立体影像上地物的形状、大小、色调等，借助航天远景采集软件来开展平面、高程、交通、管线等重要地形要素的三维坐标及其他几何信息。对等高线高程点进行测量，可以选用侧标切准模型，针对有植物覆盖代表加植被高度改正。

四、铁路桥梁巡检无人机摄影测量技术应用要点

（一）测绘数据采集

使用无人机摄影测量技术设备进行铁路桥梁相关数据采集，要确保图像识别中的节点以及主机间能够实现有效通信，需要借助图像识别技术优势来促进相关数据采集和聚合。图像识别应用能够有效实现互联网数据共享和交互。所以在设计中，需要基于图像识别设备监控需要来对互联网和应用，促进数据实时性不断提升。要做到数据快速有效地采集和传输，这对于设备故障状态的及时判断和信息传输具有重要意义。在铁路桥梁测绘工程中利用无人机技术来采集相关数据的时候，可采用两种采集方式，一种是自动加密采集手段。这种采集方法指的是通过无人机设备内部的装备、传感器等来保存其所采集的数据，并利用加密技术来保护储存器中的信息数据，充分发挥其内部的自我保护机制，从而避免重要数据缺失、泄漏。

此外，只有具有内部权限的人员才能读取储存器中的数据，有利于保障数据的安全性；另一种是手动采集手段，主要是利用相关操作人员来远程控制计算机，根据铁路桥梁测绘工程需求来有目的性地控制无人机进行测量、拍摄，获取准确的数据，确保铁路桥梁巡检工作精准、高效进行。

（二）数据处理分析

在铁路桥梁巡检中，使用无人机摄影测量技术对数据处理效率更高，且数据处理精度也更理想，在铁路桥梁病害安全巡检中应用具有广泛前景。在具体测量摄影中，借助无人机摄影测量设备，开展大范围的区域测量工作，能够获得比较全面的数据信息，为相关检修和保养工作提供必要依据，通过采集信息技术，确保铁路桥梁的安全治理，也能够提升安全治理水平和效益。但是，需要引起注意的是，使用无人机摄影测量设备，需要合理地控制无人机的飞行速度，因为大多是低空飞行，对于无人机的飞行路线进行合理设计，确保覆盖全面，以便全面系统地掌握铁路桥梁的具体情况。现阶段，很多铁路桥梁工程巡检中，通过无人机摄影测量技术应用，借助中幅面CCD来充当传感器的感光部位，借助必要的加固以及相应的电力改装，使其能够作为摄影性能比较稳定的数码相机使用。但是，由于感光单位的非正方形因子、非正交性以及畸变问题，所以很容易造成数码相机在摄影中存在误差。对于这一问题，需要开发一些功能更加完善的无人机摄像数码装置，取代传统数码相机，也可以开发使用一些修正软件，对相应测量结果进行修正，确保可靠性，通过相关数据积累构成有效修正方案，这对无人机摄影测量中常见的一些摄影误差问题解决有重要作用。

五、总结

目前机器人技术发展迅速，无人机也是云机器人系统是其中的杰出代表之一，现阶段，无人机相关技术不断升级，在越来越多的领域都实现了有效应用，相应系统有效结合网络的泛在性特点，基于开放性的开发方法应用，有效地实现了无人机的进一步应用和发展，促进了无人机能力显著提升，也让无人机的应用领域进一步拓展，更让无人机系统的简化开发成为可能，有效降低了无人机构造和应用成本。基于云计算技术的云机器人服务系统，充分整合了云大数据、云计算能力、机器人与环境资源共享以及人类计算等技术。无人机操作系统通过优化设计，能够提供相应程序库和工具，为无人机相关控制软件开发提供必要的支持。操作系统可以为开发者提供硬件支撑、设备驱动以及可视化工具等，还能实现消息传递和软件包管理等服务，功能多样。