黃子懿 付盧萱

(1.西南交通大學交通運輸與物流學院 四川成都 610031；2.西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院 四川成都 610031)

1 引言

隨著國家重點規(guī)劃鐵路建設項目的實施，鐵路工程穿山越嶺已成常態(tài)，沿線地形高差顯著、板塊活動強烈、山地災害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境敏感，由此導致鐵路選線設計工作面臨巨大挑戰(zhàn)。鐵路勘測是鐵路設計的基礎，貫穿了鐵路規(guī)劃、可研、初步設計到施工圖設計各個階段，勘測效率和質量對鐵路線路的選線設計有重要影響。當前鐵路勘測主要以使用GNSS-RTK＋全站儀的人工測量手段為主，存在勘察周期長、人工工作量大、自動化程度低、在復雜山區(qū)環(huán)境下開展勘測工作極為困難等問題，影響鐵路項目的進展，壓縮了設計周期，進一步影響整個設計質量。

隨著測繪技術、裝備、軟件快速發(fā)展，當前鐵路勘察已初步形成空、天、地一體化的數據采集和處理體系，鐵路勘測的成果質量和作業(yè)效率顯著提升[1-2]。智能勘測為適應鐵路勘察設計對三維數字化勘測成果的需求，綜合使用數字攝影、激光雷達、傾斜攝影、水下地形測量船、無人機等新興測繪技術為主快速獲取大范圍三維空間數據[3-5]，通過計算機自動化或半自動化提取三維空間數據中的相關特征信息，實現(xiàn)多源數據聯(lián)合建模，快速生成計算機可識別的數字化勘測產品，為鐵路二維、三維和BIM設計提供勘測數據服務[6]。因此，本文探討智能勘測在鐵路選線中的應用，特別是在地形地質條件復雜、大高差等困難環(huán)境中的應用優(yōu)勢，以提高鐵路選線效率和成果質量，為鐵路選線設計工作提供一定參考。

2 智能勘測技術

智能勘測新模式是在鐵路勘察設計中全面采用測繪新技術，并將智能勘測與智能設計有機結合，采用智能勘測手段實現(xiàn)各種數據采集，深化智能勘測成果的應用，部分替代或完全替代傳統(tǒng)勘測的相關工作，解決傳統(tǒng)鐵路勘測人力工作繁重、處理效率低下、質量控制困難、產品形式固化的難題，實現(xiàn)外業(yè)工作航測化、內業(yè)成果數字化、信息提取智能化、產品應用服務化。

2.1 數據采集

近年來，以北斗導航定位技術、無人機技術、傾斜攝影技術、無人機激光雷達技術、移動SLAM技術為代表的數據采集手段在鐵路勘察領域獲得了極大的推廣應用，各技術手段主要功能及應用描述見表1[7-9]。

2.2 數據存儲

針對傳統(tǒng)測量數據精密工程測量成果在成果提交時易造成文件發(fā)送錯誤、成果數據更新不及時等問題，隨著激光雷達、傾斜攝影等新技術的不斷推廣應用，生成的點云和實景模型數據量巨大，傳統(tǒng)的數據管理模式已無法滿足高效數據管理應用需求?；诙嘣纯臻g數據庫的構建技術及三維數據可視化展示與仿真技術等多項技術，打造智能鐵路測量數據庫和地理信息服務平臺?；A地理信息數據建庫是在數據分析和數據標準制定的基礎上，實現(xiàn)圖形數據到基礎地理信息數據的整理加工，生產符合標準的基礎地理信息數據。經過數據質檢合格后的基礎地理信息數據進行統(tǒng)一的建庫管理，滿足后續(xù)數據管理應用需求，如圖1所示。解決智能勘測數據的管理問題，在為各設計專業(yè)提供高質量測量數據的同時提供優(yōu)質的數據服務。

2.3 數據服務

智能勘測大數據平臺采用瀏覽器/服務器(B/S)模式，數據和分析功能都由計算存儲中心的服務器以網絡服務形式發(fā)布，在應用終端無需任何其他數據庫、GIS等專業(yè)軟件，只需通過網絡瀏覽器訪問服務器地址即可獲取數據和分析服務。在B/S模式下，無論是桌面端還是手機平板等移動端，甚至一些專業(yè)設計軟件端，都能通過相同的網絡服務接口獲取對應的應用服務，有效提高了數據服務應用的便捷性，降低了終端數據應用開發(fā)的成本。

依托智能勘測大數據平臺，可以為設計專業(yè)提供全方位的地理空間數據服務，打造勘測與設計既職責明確，又協(xié)同一體的新的工作模式。該方案通過開發(fā)形成高識別度、高容量、高現(xiàn)勢性的三維鐵路勘察數據庫，對海量勘測數據實行集中統(tǒng)一管理，借助網絡化數據服務平臺，參與項目的所有設計師無需安裝專業(yè)軟件、無需拷貝海量數據，直接通過開放的服務接口利用瀏覽器即可訪問所有勘測數據，滿足了扁平化、網絡化、協(xié)同化勘測設計需求[10-12]。

3 鐵路選線中的應用

3.1 虛擬踏勘

虛擬踏勘在智能勘測大數據平臺上進行，線、橋、地、站、隧等各專業(yè)能直觀地在三維場景中進行方案瀏覽和比選，通過大數據平臺輔助本專業(yè)定線工作，有效地降低了外業(yè)踏勘的人力和時間投入，提高了踏勘的效率，如圖2所示[13-15]。

3.2 無人機輔助踏勘

對于室內虛擬踏勘無法完全看清的工點，需要實地踏勘。實地踏勘采用無人機航拍配合，踏勘效率和質量得到大幅提高，踏勘結果可回溯、真實留存，極大幫助了設計人員了解工程現(xiàn)場情況。

3.3 控制因素測量

道路、房屋、水系等各種影響線路設計的控制因素的測量，綜合采用立體影像、激光點云和傾斜攝影等智能勘測數據首先進行內業(yè)掃描，內業(yè)較難判識或遮擋嚴重部分由外業(yè)實測[16-17]。

3.4 中線和斷面測量

粗縱斷面:利用DEM模型自動生成，快速反饋，輔助穩(wěn)定線位。

精縱斷面:內業(yè)提取、外業(yè)補充，河流、水塘、高等級公路跨點及既有線等位置由外業(yè)實測。

精橫斷面:采用“內業(yè)采集＋外業(yè)實測“的作業(yè)方式，大部分數據通過內業(yè)獲取，河流、水塘、高等級公路跨點及既有線等位置由外業(yè)實測，如圖3所示。

3.5 房屋拆遷調查及測量

定測前對全線主要房屋密集區(qū)域進行傾斜攝影并完成傾斜建模，由線站和勘察專業(yè)室內在傾斜模型上進行房屋量測工作，后期線站專業(yè)只需拿平板進行入戶調查和少量補測即可完成工作。

3.6 不良地質調查

通過傾斜模型，幫助地路專業(yè)識別不良地質體。在沒有傾斜模型的情況下，通過點云數據結合正射影像幫助地質專業(yè)識別不良地質體。對于內業(yè)判識不清的可疑點，采用無人機航拍輔助現(xiàn)場調查。

3.7 通防調查

基于激光點云、傾斜攝影實景三維模型可以快速、高效確定高壓電塔角點位置，結合原始影像可以判別線路走向，對同一條線路內電塔進行識別、提取并確認電塔屬性信息?；诩す恻c云可以高精度測量鐵塔風車、高度及跨線路處高壓線最低點距軌面標高等信息。

4 工程應用

在某鐵路工程中，線路經過區(qū)域地形總體上呈現(xiàn)兩端低、中間高的形態(tài)，地貌以丘陵區(qū)、山地為主。該工程采用智能勘測技術與傳統(tǒng)勘測手段進行對比，見表2。傳統(tǒng)勘測以GNSS-RTK＋全站儀為普遍測量手段，在項目現(xiàn)場投入大量人力(測量和專業(yè)技術人員)開展實地踏勘調查和數據采集的勞動密集型作業(yè)。智能勘測充分利用無人機結合激光雷達、傾斜攝影、北斗導航、大數據等新興測繪手段和網絡技術快速獲取大范圍三維空間數據，形成計算機可識別的數字化勘測產品，為鐵路工程項目的BIM和智能化設計提供勘測數據服務，將勘測階段大量作業(yè)人工用新技術、新方法解放出來，目前鐵路勘測由外業(yè)轉向內業(yè)的工作內容，如橫斷面、縱斷面、控制因素掃描、工點圖制作等工作基本由外業(yè)轉為內業(yè)處理。

表2 傳統(tǒng)勘測與智能勘測工作對比

5 結束語

隨著鐵路勘察設計向著數字化、自動化、智能化方向發(fā)展，智能勘測綜合使用數字攝影、激光雷達、傾斜攝影、水下地形測量船、無人機等新興測繪技術快速獲取大范圍三維空間數據，為鐵路二維、三維和BIM設計提供勘測數據服務新模式。本文在實際的鐵路勘測項目中，通過傳統(tǒng)勘測和智能勘測的對比，表明智能勘測能有效提高勘測成果質量、縮短設計周期，在極復雜艱險山區(qū)環(huán)境下優(yōu)勢顯著，在鐵路選線中具有廣闊的應用前景。