朱峰 譙生有 周建東
摘要:隨著無人機硬件和軟件技術(shù)的不斷提升,利用無人機加載多鏡頭進行低空傾斜攝影測量技術(shù)手段,獲取高精度地形地貌信息和高清晰度正射影像,在鐵路施工測量中應(yīng)用越來越多。某鐵路平均海拔在4000m左右具有高寒、高海拔、地形復(fù)雜、垂直落差大等特點,利用飛馬多旋翼無人機,機身重量輕、長航時、垂直起降的優(yōu)勢及“鐵五精測GIS信息平臺”無人機巡檢系統(tǒng),對某鐵路超長隧道各洞口工點及線路帶狀地形進行了傾斜攝影測量,總結(jié)了高海拔地區(qū)無人機傾斜攝影測量的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞:無人機航測技術(shù);高寒、高海拔;施工測量;技術(shù)應(yīng)用
引言
近年來,低空無人機在各行各業(yè)中的應(yīng)用飛速發(fā)展,在鐵路工程施工測量中的應(yīng)用越來越普遍,尤其在工程開工前期,需要快速獲取重點結(jié)構(gòu)物線路帶狀三維模型或數(shù)字正射影像,為快速開展現(xiàn)狀核查和施工場地布設(shè)提供決策依據(jù),高海拔、垂直落差大的鐵路施工地區(qū),高原反應(yīng)顯著,采用人工數(shù)字化測圖幾乎無法實現(xiàn),而長航時、垂直起降,定點起降,操作簡便的低空無人機航測技術(shù)勞動強度小,對起降點地形要求不高,大大提高了施工測量的效率,降低了勞動強度,具有顯著的優(yōu)勢。
1 飛馬無人機航測系統(tǒng)的特點
D2000飛馬旋翼無人機系統(tǒng)的特點是多個旋翼,能長時間續(xù)航,機型小巧,外觀可同時把傾斜攝影、可見光視頻及熱紅外遙感等多種類型的功能模塊實現(xiàn)一機搭載,能在多元化基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的全方位采集。
飛馬無人機管家可提供數(shù)據(jù)信息的采集處理,顯示管理以及維護等一站式服務(wù),它對飛行平臺的支持包括旋翼和固定翼,航線模式的適應(yīng)飛行類型很廣,對真三維地形數(shù)據(jù)三維航線精準規(guī)劃,飛行質(zhì)檢的快捷服務(wù),實時三維飛行,維護保養(yǎng)的智能化服務(wù),預(yù)處理數(shù)據(jù)工具箱以及精確控制的智能成圖。
1.1.機身小巧操控簡單
飛馬D2000無人機具有體型輕巧且操作簡單靈活的特點,對駕駛員操控無人機的技術(shù)要求難度較小。需在飛行過程中嚴密監(jiān)測機身飛行狀態(tài),它小巧的機身體積讓自重得到最大限度的縮減[1],飛行移動得以更加靈活,更容易操控它的起降,不用再勞神費力選擇起降地點,可以隨時隨地起降,它對風向變化的適應(yīng)性非常強,能巧妙借用來控制自身的飛行振動,在進行航空拍攝時就可最大限度地避免誤差。
1.2高精度航怕
飛馬無人機可以較容易地實現(xiàn)高清專業(yè)測繪儀器和航拍設(shè)備的攜帶,加載的多鏡頭傾斜攝影測量和強大的數(shù)據(jù)處理功能,能確保質(zhì)量精準的航拍影像,借助現(xiàn)代信息技術(shù)衍生的智能技術(shù)完成自動化和智能化極高的航拍測繪,繁重的外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作負擔得以大幅緩解,測量質(zhì)量和效率得以大幅度提升??梢詫崿F(xiàn)地理信息低空遙感勘測,能勝任低空環(huán)境,因而在工程測量和搶險救災(zāi)中得到普遍使用[2]。
2.無人機航測系統(tǒng)和應(yīng)用要點
2.1.無人機應(yīng)用現(xiàn)狀
工程測量和航拍數(shù)據(jù)信息采集等產(chǎn)業(yè)迎來了迅猛發(fā)展的大好時光,截至目前,無人機航測的應(yīng)用已經(jīng)在多各領(lǐng)域得到大力推廣,尤其是在鐵路、公路、電力、農(nóng)業(yè)、軍事等各個領(lǐng)域的作用更是舉足輕重,為國家經(jīng)濟發(fā)展,社會進步做出了顯著的貢獻。
3 飛馬D2000無人機在川藏鐵路施工應(yīng)用案例
3.1工程概況
某鐵路工程標段正線長度30km,包含隧道28966m/3座、橋梁1557.7m/4座、車站1座,該測區(qū)施工區(qū)域最高海拔約為4500m,最底海拔約為3500m,平均海拔約為4000m,海拔落差達1000m。
3.2航測生產(chǎn)流程
根據(jù)該項目施工需要,制定航測生產(chǎn)流程如下圖1所示
3.3航測作業(yè)主要內(nèi)容
本次航測內(nèi)容是轄區(qū)內(nèi)工程結(jié)構(gòu)物,其中包括特長隧道6個斜井及出口洞門施工段、兩處棄渣場、施工便道、炸藥庫、應(yīng)急中心、中心實驗室駐地臨建、容積、選址等航測任務(wù)。無人機一個駕次電池理論續(xù)航時間為45分種左右,由于測區(qū)處于高寒、高海拔地區(qū),該測區(qū)一個駕次電池平均實際續(xù)航為30分種左右。本次航測作業(yè)共飛行25架次,獲取航拍相片數(shù)量8萬余張。
3.4航測參數(shù)設(shè)置
飛馬D2000無人機搭載OP-3000相機,加載5鏡頭,影像地面分辨率2cm,飛行拍攝模式為傾斜式,控制點平面中誤差2cm內(nèi),高程中誤差5cm內(nèi),航向重疊度80%和旁向重疊度為65%,轄區(qū)內(nèi)地形較平坦的場地臨建、棄渣場及便道等區(qū)域相對航高設(shè)置為200m,對于斜井、隧道洞門段等地形落差大,山嶺陡峭區(qū)域采用仿地飛行模式。
3.5 GIS信息平臺的應(yīng)用
應(yīng)用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“鐵五精測GIS信息平臺”無人機巡檢系統(tǒng)對航測成果進行切片提取、模型與失量文件疊加、參數(shù)計算、虛擬放樣檢測、量測檢測、定位標注、提取剖面線計算工程量、可視化實景3D漫游等功能。
鐵五精測GIS信息平臺可實現(xiàn)以下功能:
(1)GIS信息平臺支持多類型文件格式導(dǎo)入,坐標系設(shè)置參數(shù)計算,測區(qū)坐標系為CGCS2000坐標系橢球體參考,中央子午96°00′標準3度帶,利用GIS信息平臺參數(shù)計算功能,可以投影轉(zhuǎn)化到對應(yīng)的工程獨立坐標系中。
(2)虛擬放樣功能,系統(tǒng)平臺可對標記語言和電腦輔助設(shè)計軟件格式矢量文件提供導(dǎo)入支持,自動選擇拍攝測量建筑物的關(guān)鍵部位并據(jù)此生成三維立體模型與矢量文件進行疊加匹配,可對施工結(jié)構(gòu)物成品或半成品位置、結(jié)構(gòu)尺寸進行測量檢核,并對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,篩選出位置或尺寸偏差不符合要求的結(jié)構(gòu)物生成報告,防止施工放樣中粗差產(chǎn)生。
(3)量測、查詢和定位功能,在實體模型上對結(jié)構(gòu)物進行規(guī)格尺寸準確性的檢測,幫助決策部門規(guī)劃部署施工便道和工程選址,大量節(jié)約工程成本費用,利用構(gòu)建的三維立體模型還可對坐標進行查詢和定位,實現(xiàn)“所見即所得”,還能實現(xiàn)地標的同步保存。車站量測、查詢和定位展示,如下圖2。
(4)提取剖面線計算工程量功能,可利用無人機航測得到的路基影像資料,生成三維立體模型和工程地形圖,從而實現(xiàn)管段原地面現(xiàn)狀核查。中心實驗室臨建提取剖面線計算工程量展示,如下圖3。
(5)工點日志功能,無人機航測能準確拍攝記錄管段施工全過程,詳細反應(yīng)施工現(xiàn)場的各種變化情況并標注備忘在三維立體模型。特長隧道進口施工概況展示,如下圖4。
(6)VR漫游展示功能,可實現(xiàn)施工區(qū)域的完整性拍攝,提供清晰影像實現(xiàn)電子沙盤功能,當施工內(nèi)容發(fā)生變更時可提供準確參考。
(7)GIS信息平臺Web端拓展,將大量的航測成果存儲在云端減少本地資源占用,并可供多人同時在不同平臺上清晰瀏覽工程區(qū)域的三維場景。
5 小結(jié)
通過此次航測項目的實施,得出如下幾點結(jié)論:
(1)飛馬無人機長航時多鏡頭傾斜攝影系統(tǒng),能夠較好地適應(yīng)高寒、高海拔地區(qū)大落差地形,對于高海拔冬季寒冷氣候條件下,電池實際續(xù)航時間約減少25%左右。
(2)高海拔地區(qū)高原反應(yīng)較為顯著,人工測圖實現(xiàn)難度極大,無人機航測自動化程度高,可以有效降低勞動強度,提高作業(yè)效率。
(3)應(yīng)用GIS應(yīng)用平臺可以充分發(fā)揮無人機航測數(shù)據(jù)在施工測量中的應(yīng)用效果。
參考文獻:
[1]周長志,陳瑞聰,李濤,苑慶中.河湖劃界測量應(yīng)用探討——以聊城市河湖水利工程為例[J].測繪通報,2020(08):105-107.
[2]吳迪軍,張建軍,李劍坤,熊偉,何廣源.帶狀區(qū)域無人機航測像控點布測方法研究[J].鐵道勘察,2017,43(06):5-9.