川藏鐵路勘察設(shè)計無人機(jī)調(diào)查及三維建模

隨著航空攝影測量的不斷發(fā)展與完善，航空攝影測量也越來越多的應(yīng)用到不同專業(yè)和領(lǐng)域，為我們傳統(tǒng)測量帶來了前所未有的改變與發(fā)展，同時給其他專業(yè)也帶來了很多便捷與可能。本次川藏鐵路勘察設(shè)計無人機(jī)調(diào)查及三維建模對整個項目的開展及實(shí)施起到了關(guān)鍵性作用。

一、川藏鐵路項目概況

川藏鐵路位于青藏高原東南部，位于四川省及西藏自治區(qū)境內(nèi)，線路東起雅安市，向西經(jīng)、天全、瀘定、康定、雅江、理塘、巴塘后跨過金沙江進(jìn)入西藏自治區(qū)境內(nèi)，爾后經(jīng)貢覺、昌都、波密至林芝。川藏鐵路成都至拉薩新建正線長度1543km，運(yùn)營長度1573km。本線東端連接成都樞紐，可通往西南及東中部地區(qū)，西端通過既有青藏鐵路和規(guī)劃的新藏鐵路，可通往西北、新疆等地區(qū)，是我國西藏自治區(qū)對外運(yùn)輸通道的重要組成部分。

川藏鐵路是“天路”即“進(jìn)藏路線”里五條鐵路之一(另四條是青藏鐵路、滇藏鐵路、新藏鐵路、甘藏鐵路)，列入國家《十二五綜合交通運(yùn)輸體系規(guī)劃》。該鐵路的時速等級是低級型快速鐵路，設(shè)計速度大多為160km/h，成都至朝陽湖段設(shè)計速度200km/h，客貨兼運(yùn)。

昌都至林芝段線路在昌都站出站后穿浪拉山,經(jīng)邦達(dá)機(jī)場，穿業(yè)拉山、跨越怒江、穿伯舒拉嶺、跨康玉曲、穿安久拉山、之后穿易貢隧道，經(jīng)通麥， 跨東久河后經(jīng)魯朗鎮(zhèn)景區(qū)， 穿色季拉山、跨尼洋河至林芝。

二、川藏鐵路無人機(jī)調(diào)查

川藏鐵路沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，多年凍土、高寒缺氧、崩場、錯落、滑坡、高地震區(qū)、地?zé)?、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重。川藏鐵路穿越的地帶，還是受印度洋板塊和歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞擠壓抬升起來的，強(qiáng)震頻發(fā)，而且地塊不斷擠壓，應(yīng)力大。沿線山高坡陡，平均海拔4000米左右，極易因為積雪融化產(chǎn)生崩坍、潰決。針對本項目線路長、海拔高、地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候多變、航測制圖周期長等特點(diǎn)，在確保生產(chǎn)安全和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，以提高效率，經(jīng)過多次調(diào)研，可行性分析后，本次川藏鐵路勘察設(shè)計最終采用了飛馬無人機(jī)D200配合地質(zhì)、隧道、橋梁等專業(yè)進(jìn)行全線現(xiàn)場勘察及特殊工點(diǎn)的三維建模。

由于川藏線屬于高海拔地區(qū)，地形條件復(fù)雜，本次測區(qū)又在波密至林芝段，植被茂盛，很多山峰高聳入云，常年積雪，山峰高度幾乎均超過1000m，山間風(fēng)速較大，單飛行高度超過1000m對于普通旋翼無人機(jī)來講是一個無法企及的高度，加之考慮到抗風(fēng)抗干擾以及信號遮擋等諸多問題，經(jīng)過慎重考慮后本項目引進(jìn)了飛馬D200多旋翼無人機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際表現(xiàn)來看，飛馬D200確實(shí)不負(fù)眾望，飛行高度1500m以上，海拔5000m以上，有效的展示了它的穩(wěn)定性和高原極限條件下的工作效率和質(zhì)量。

1、無人機(jī)地質(zhì)調(diào)查

由于川藏線的地形條件限制，很多可行方案我們各專業(yè)均無法到達(dá)，在飛馬D200無人機(jī)的幫助下，我們進(jìn)行了遠(yuǎn)距離航拍高清影像，以及30倍變焦拍攝，讓我們在人員無法到達(dá)的情況下可以掌握現(xiàn)場的巖性和地質(zhì)條件以及滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的基本情況，來優(yōu)化我們的鐵路路線方案。下面是無人機(jī)做色季拉山起飛海拔4500m斜井地質(zhì)調(diào)查以及個別工點(diǎn)的影像資料：

2、無人機(jī)傾斜攝影測量及三維建模

由于川藏鐵路沿線山大溝深，氣象條件復(fù)雜，地形起伏大，高差超1000m，本次采用的飛馬D200一方面穩(wěn)定性高，另一方面飛馬D200可設(shè)計航線變高飛行，解決了普通旋翼無人機(jī)無法飛躍的高山的難題，利用飛馬D200無人機(jī)的這個優(yōu)點(diǎn)，我們成功實(shí)現(xiàn)了特殊工點(diǎn)的傾斜攝影三維建模。

2.1、飛行實(shí)施

按照事前設(shè)計好的飛行航線，選派技術(shù)好，經(jīng)驗豐富的飛控手，保持好飛行姿態(tài)，確保各項技術(shù)指標(biāo)均符合相關(guān)要求。

（1）航攝時間選擇對本攝區(qū)最有利的氣象條件，盡可能的避免過大的陰影并且還要保證充足的光照。嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計要求進(jìn)行航攝飛行，在航攝飛行中盡量保持飛機(jī)姿態(tài)的平穩(wěn)，防止GPS信號丟失。

（2）按照設(shè)計航高飛行，飛行高度距離測區(qū)地面300m，依據(jù)地形起伏變高飛行。

（3）每次飛行前做好起飛前應(yīng)協(xié)調(diào)好空域，做好安全檢查。飛行前、結(jié)束后，填寫飛行記錄表。

外業(yè)飛行實(shí)施：

自動生成航線變高飛行：

2.2、航飛成果及質(zhì)量把控

（1）檢查影像旁向重疊、航向重疊度，飛行高度滿足要求。

（2）每個攝區(qū)不得有航攝漏洞，必須覆蓋目標(biāo)區(qū)域邊界。

（3）影像應(yīng)與像片pos一一對應(yīng)，不出現(xiàn)丟片。

（4）為確保成圖精度，應(yīng)特別注重影像質(zhì)量，影像應(yīng)清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和，能辨認(rèn)出與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，能建立清晰地立體模型。

（5）影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷。雖然存在少量缺陷，但不影響立體模型的連接和測繪，可以用于模型制作。

（6）確保因飛機(jī)地速的影響，在曝光瞬間造成的像點(diǎn)位移一般不應(yīng)大于1個像素，最大不應(yīng)大于 1.5 個像素。

（7）拼接影像應(yīng)無明顯模糊、重影和錯位現(xiàn)象。對不合格成果進(jìn)行補(bǔ)射和重射。

2.3、傾斜三維建模數(shù)據(jù)處理

航攝飛行獲取的原始影像數(shù)據(jù)使用與相機(jī)鏡頭配套的專業(yè)系列軟件進(jìn)行圖像后處理。對每架次飛行獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、認(rèn)真地檢查和預(yù)處理，嚴(yán)格按照勻光、勻色步驟去對航攝影像進(jìn)行調(diào)整生成，最終獲得最佳成像效果的影像數(shù)據(jù)。所有成果進(jìn)行自身質(zhì)量檢查合格后整理歸檔，得到最終航攝成果，成果如下：

三、無人機(jī)在川藏鐵路勘察設(shè)計中的意義

無人機(jī)攝影測量日益成為一項新興的測繪重要手段，其具有續(xù)航時間長、成本低、機(jī)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充。本次川藏鐵路各專業(yè)調(diào)查中飛馬D200無人機(jī)就彌補(bǔ)了谷歌衛(wèi)片在調(diào)查中的不足，讓川藏鐵路的設(shè)計者在無法踏足的山區(qū)，密林，水域，高原，雪山等地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下將川藏鐵路沿線的地質(zhì)情況了如指掌，從而設(shè)計出更優(yōu)的鐵路路線。同時節(jié)省了大量人力物力，減少了高原作業(yè)的風(fēng)險。無論是視頻資料成果，還是三維模型都對線路選擇，隧道巖性，橋梁選址，以及地質(zhì)鉆孔等的交通條件，巖性分析，不良地質(zhì)分析等有非常高的實(shí)用性。這也是多旋翼無人機(jī)在高原地區(qū)，高海拔，抗風(fēng)、抗干擾、適應(yīng)極限環(huán)境的一次成功案例。

本次川藏鐵路飛馬D200無人機(jī)調(diào)查與三維建模，完全能夠滿足川藏鐵路前期設(shè)計的工作需求，改變了我們傳統(tǒng)的工作方式，大大提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場的精準(zhǔn)判識，無論是飛行高度、無人機(jī)性能還是續(xù)航能力、成果精度均對我們川藏鐵路設(shè)計有著非凡的意義。