姚正國(guó)

1 現(xiàn)狀分析

目前,新建鐵路橫斷面的測(cè)繪完全由野外實(shí)測(cè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作效率低,成本高。特別在險(xiǎn)峻山區(qū),由于施測(cè)難度大,直接影響勘測(cè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。這越來越不適應(yīng)現(xiàn)代工程建設(shè)的需求。特別受野外環(huán)境的影響,直接影響勘測(cè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。

航測(cè)法采集線路橫斷面可以大大減少野外勘測(cè)工作量;可以不受時(shí)間、氣候、環(huán)境等條件限制,特別在海外項(xiàng)目、熱帶叢林地區(qū)、高山險(xiǎn)峻地區(qū)等困難地區(qū),把人力從外業(yè)工作中解放出來;可以充分發(fā)揮現(xiàn)有航測(cè)設(shè)備的功能,拓寬航測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域;可以充分利用現(xiàn)有測(cè)制1∶2 000地形圖的航攝資料和控制成果,減少工作量,降低成本;采集成果數(shù)字化,有利于全面實(shí)現(xiàn)“勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化”。

航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,特別是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用、外業(yè)控制測(cè)量和空中三角測(cè)量的可靠性及精度的提高,使數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在采集線路橫斷面中的應(yīng)用成為可能。因此,在線路中線設(shè)計(jì)好的前提下,使用航測(cè)儀器在室內(nèi)采集線路的橫斷面,并將成果應(yīng)用于路基、橋涵、隧道等工程設(shè)計(jì)專業(yè),這將是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量在鐵路勘察設(shè)計(jì)中深入應(yīng)用的又一個(gè)新的切入點(diǎn)。

2 JX-4C斷面采集方案的確定

2.1 專用斷面采集模塊(方案一)

JX-4C數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站針對(duì)鐵路、公路領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)了專用的斷面采集模塊。該模塊依據(jù)線路曲線參數(shù)方程,準(zhǔn)確無誤地繪出設(shè)計(jì)線路的中線。

以曲線長(zhǎng)l為參數(shù)的緩和曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo),可由定積分求得:

以li為參數(shù)的圓曲線的參數(shù)方程為:

JX-4C將曲線參數(shù)設(shè)置在曲線要素文件中,包括:起點(diǎn)里程、各交點(diǎn)坐標(biāo)、曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度,程序根據(jù)曲線要素文件中的參數(shù),自動(dòng)繪出線路中線。

當(dāng)需要采集線路某里程處的橫斷面時(shí),只需要輸入該點(diǎn)里程,程序即驅(qū)動(dòng)立體模型到該點(diǎn),并根據(jù)設(shè)定的交角鎖定立體模型僅在需要采集橫斷面的方向移動(dòng),如此反復(fù),就可以進(jìn)行線路橫斷面的數(shù)據(jù)采集。

采集過程中,為了提高數(shù)學(xué)精度,可以把立體模型放大一定的倍數(shù)。斷面數(shù)據(jù)采集完成后,可以根據(jù)需要輸出為多種不同的文本格式。針對(duì)該文件格式,用自編的程序把文本中的斷面數(shù)據(jù)展繪成直觀的斷面圖形,保存為AutoCAD或其他繪圖文件格式,以進(jìn)行不同需要的數(shù)據(jù)處理,提供給設(shè)計(jì)專業(yè)使用。

該方案需要把曲線參數(shù)編入曲線要素文件中。曲線要素存放在設(shè)計(jì)專業(yè)提供的中線線條及水平單數(shù)據(jù)中,因此需要數(shù)據(jù)采集作業(yè)員從中分析、提取需要的曲線數(shù)據(jù),然后編制曲線要素文件。由于需要采集的橫斷面數(shù)量較多,分析初始數(shù)據(jù)的工作量較大,且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,效率較低,實(shí)踐證明該方案實(shí)用性不高。

2.2 非專用斷面采集模塊(方案二)

隨著軟件功能的不斷完善,JX-4C數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站還提供了一個(gè)自動(dòng)安置手輪運(yùn)動(dòng)角度的功能。在向量測(cè)圖模塊下用鼠標(biāo)拾取需要采集的橫斷面的線條,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算該斷面的角度并將該角度自動(dòng)安置,使X,Y手輪中的一個(gè)按該角度運(yùn)動(dòng),此時(shí)該手輪運(yùn)動(dòng)的方向就是斷面的方向,量測(cè)時(shí)只需要配合腳盤就可以進(jìn)行橫斷面采集。該方案不需要復(fù)雜的曲線參數(shù),只需要把設(shè)計(jì)專業(yè)提供的中線和橫斷面線條導(dǎo)入JX-4C系統(tǒng)中,即可方便地進(jìn)行斷面的采集,實(shí)踐證明該方案簡(jiǎn)單易行。

3 精度分析

3.1 攝影資料及掃描影像的質(zhì)量

目前大多采用國(guó)際上先進(jìn)的航攝相機(jī)如RC-30,RMK TOP等,攝影質(zhì)量有了大幅提高,提高了成像清晰度。掃描儀使用國(guó)際上先進(jìn)的 DSW600高精度掃描設(shè)備,其定位精度可達(dá)到1 μ m～2 μ m 。

3.2 外業(yè)控制點(diǎn)的精度

外業(yè)相片控制點(diǎn)在D級(jí)GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用GPS測(cè)量的方法進(jìn)行外控點(diǎn)的平面和高程測(cè)量。

經(jīng)過幾個(gè)測(cè)區(qū)的實(shí)踐,當(dāng)像控點(diǎn)與最近參考站的距離一般不大于5 km時(shí),像控點(diǎn)相對(duì)于四等GPS點(diǎn)的平面中誤差:σ=0.104 m;外控點(diǎn)對(duì)最近外業(yè)高程點(diǎn)的高程精度中誤差不大于0.1 m。

3.3 空中三角測(cè)量的精度

空中三角測(cè)量采用Helava全數(shù)字自動(dòng)空中三角測(cè)量進(jìn)行,采用嚴(yán)密的區(qū)域網(wǎng)平差算法,實(shí)際作業(yè)表明其加密精度還是比較高的。

3.4 采集精度

我們使用JX-4C數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行橫斷面的數(shù)據(jù)采集。直接導(dǎo)入Helava的空三加密成果,無需再次進(jìn)行人工量測(cè)定向,因此不會(huì)帶來定向的度損失。在立體觀測(cè)時(shí),安排經(jīng)驗(yàn)豐富的作業(yè)員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,盡量減小人工量測(cè)誤差。

4 質(zhì)量控制措施

1)進(jìn)行空三加密時(shí),將GPS點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)等作為控制點(diǎn)一起進(jìn)行平差計(jì)算,提高加密精度。還可以在提供中樁點(diǎn)成果后,進(jìn)行二次加密,進(jìn)一步提高加密精度。2)檢查定向殘差,減小跨平臺(tái)誤差。將Helava空三成果導(dǎo)入JX-4C系統(tǒng)后,檢查每個(gè)定向點(diǎn)是否切準(zhǔn)立體,檢查定向殘差是否滿足精度要求,對(duì)超限者要查明原因由主管人員處理并記錄。如由上工序引起需返回上工序檢查并修改,重新提交加密成果。3)讀取中樁點(diǎn)高程,消除系統(tǒng)差。在向量測(cè)圖模塊下,立體讀取每個(gè)像對(duì)中樁點(diǎn)高程,與外業(yè)實(shí)測(cè)中樁高程比較,記錄殘差,分析殘差是否具有系統(tǒng)差特征。如果有系統(tǒng)差,通過人為差改正的方法消除,將立體模型的高程面調(diào)整到與外業(yè)實(shí)測(cè)高程面一致。如果分析結(jié)果表明殘差沒有規(guī)律性,需將定向點(diǎn)的殘差加入一起分析,并對(duì)可能影響中樁高程的定向點(diǎn)進(jìn)行檢查和修測(cè)。4)立體放大采集,提高觀測(cè)精度。由于我們直接使用制作1∶2 000鐵路航測(cè)圖的航片采集橫斷面,其攝影比例尺為1/8 000～1/10 000,這種比例尺的航片直接采集橫斷面,觀測(cè)細(xì)微地貌會(huì)有些困難,可以采取將立體放大一倍或兩倍的辦法采集,以提高人的觀測(cè)精度,從而保證橫斷面的精度。5)樹木遮擋區(qū)域的處理。a.部分地段樹木間隙分布,地面不是完全被遮擋,稍有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)員能夠準(zhǔn)確判讀地面高度,進(jìn)行比較精確的觀測(cè),這種情況對(duì)觀測(cè)精度的影響不是很大。b.樹木茂密,地面完全被遮擋的地段,即使有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)員也無法精確判讀地面高度,我們將這些地段采集的斷面做好標(biāo)記,提供給設(shè)計(jì)專業(yè)參考,如果不能滿足設(shè)計(jì)精度要求,可由外業(yè)補(bǔ)測(cè)解決。

5 結(jié)語

用航測(cè)方法測(cè)繪的線路橫斷面,絕大多數(shù)精度良好,基本滿足設(shè)計(jì)要求。但由于目前鐵路勘測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期都很短,難以選擇最有利的攝影季節(jié)和攝影時(shí)間,影響攝影質(zhì)量,從而影響了航測(cè)橫斷面的精度;在樹木覆蓋等困難地區(qū),地面高度難以判別,也對(duì)航測(cè)橫斷面的精度造成直接影響;目前航攝比例尺一般為1/8 000～1/10 000,在條件許可的情況下,可通過提高航攝比例尺來提高航測(cè)方法測(cè)繪橫斷面的精度,例如在平原地區(qū)可采用1/4 000～1/6 000甚至更大的航攝比例尺;今后可在西北地物覆蓋稀疏地區(qū)繼續(xù)進(jìn)行航測(cè)橫斷面的嘗試,以進(jìn)一步提高航測(cè)橫斷面的精度,為新建鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)服務(wù)。

[1]張祖勛,張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,1997.

[2]李清岳,陳永奇.工程測(cè)量學(xué)(修訂版)[M].北京:測(cè)繪出版社,1995.

[3]中國(guó)四維測(cè)繪技術(shù)北京公司.JX-4C數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站操作手冊(cè)[Z].