無人機在鐵路建設(shè)工程管理上的運用研究

李 鵬

（烏魯木齊鐵路局建設(shè)管理處，新疆 烏魯木齊 830011）

無人機在鐵路建設(shè)工程管理上的運用研究

李 鵬

（烏魯木齊鐵路局建設(shè)管理處，新疆 烏魯木齊 830011）

隨著科技的進步，無人機的應(yīng)用也在飛速的發(fā)展。文章以阿勒泰至富蘊至準東線鐵路線路建設(shè)中無人機的運用為背景，說明無人機在鐵路建設(shè)中的重要作用，同時也為其他鐵路工程建設(shè)提供了一定的借鑒作用。

無人機；鐵路建設(shè)工程；工程管理；工程測量；交通技術(shù)

目前國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展水平越來越高，鐵路線路覆蓋的范圍也是越來越廣。傳統(tǒng)的鐵路線路勘測都是由人工完成的，不僅耗時，而且非常繁瑣，而無人機的出現(xiàn)恰恰彌補了這一不足。無人機在進行鐵路線路的勘測過程中，所獲取的數(shù)據(jù)更加精確，同時，在計算機的協(xié)作下，可以完整地繪制出一套數(shù)字化的立體規(guī)劃圖，與實際的施工情況相結(jié)合，可以將施工數(shù)據(jù)變得更加準確，一個精確的線路及實地數(shù)據(jù)對鐵路線路的建設(shè)規(guī)劃具有非常大的意義。鐵路施工中利用無人機進行勘探測量，將大大降低鐵路施工工人的勞動強度，提升施工精度，為鐵路建設(shè)提供了有利的安全保障。

1 無人機在鐵路工程中的應(yīng)用概述

無人機技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展非常迅速，因此與其相應(yīng)的測量及數(shù)字攝影技術(shù)也有快速的發(fā)展，采用無人機進行測量、繪圖成為了很多工程建設(shè)中的一種新型的測繪手段。這種測繪手段的最大優(yōu)點就是有效性及高速性，可以快速地獲取被測區(qū)域的立體數(shù)字信息，在鐵路建設(shè)勘察中非常有效，能在最短的時間內(nèi)測繪出所需要的資料，最大限度地防止鐵路工程中各類危險事故的發(fā)生。

鐵路工程具有非常長的施工區(qū)間，其中很大一部分需要通過危險復(fù)雜的地形地貌。施工地基在受到天氣、地形等因素的影響時，很容易出現(xiàn)崩滑等危害，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，就需要大量的計算數(shù)據(jù)來完成修復(fù)工作。但是由于崩塌引起的地質(zhì)不穩(wěn)定等情況，測繪人員也很難接近事故發(fā)生地點，這時無人機就凸顯了它巨大的優(yōu)勢，無人機可以搭載數(shù)碼相機，在不接觸地面的情況下完成整個地區(qū)的測繪，不僅簡單快捷，而且具有非常高的安全性。這類新型的測繪方法將鐵路線路勘測引入到了一個新的領(lǐng)域，隨著國內(nèi)高鐵的發(fā)展，對鐵路線路的要求也是越來越高，無人機測繪技術(shù)也慢慢凸顯出它巨大的優(yōu)勢。

2 鐵路工程建設(shè)中無人機應(yīng)用設(shè)計——以阿勒泰至富蘊至準東線為例

2.1 阿勒泰至富蘊至準東線鐵路線路概述

阿勒泰至富蘊至準東線線路處于新疆維吾爾自治區(qū)的阿勒泰地區(qū)和昌吉地區(qū)境內(nèi)，該線路起點為北阿鐵路，終點為阿勒泰站，全程長度為420.4km、正線的鋪軌長度為418.42km，全線車站有28個，其中包括阿勒泰站、準東站、準東北站，全線擁有橋梁共105座，總長度為32.277km，其中最長的橋梁為喀拉塑克水庫特大橋，全長為949.35m；全線設(shè)有4個隧道，總長度為7.93km，都是單線隧道，其中最長的隧道為索爾蘇隧道，全長為4.432km，也是全線控制性的工程；新建的生活及生產(chǎn)用房屋的面積總計74860m2。

2.2 無人機在阿勒泰至富蘊至準東線建設(shè)中應(yīng)用

2.2.1 無人機的高空巡視檢查。無人機的高空巡視檢查就是利用無人機攜帶各類小型的傳感器，在距離地面2000m以下的高空對地面的情況進行檢查。主要的任務(wù)就是航拍獲取地面的地形等數(shù)據(jù)資料，同時通過軟件對航拍的視頻進行分析處理，從而能夠在鐵路建設(shè)中對整個工程路段進行直觀、快速、精確的把控，對整個工程建設(shè)起到至關(guān)重要的作用。

2.2.2 無人機的低空攝像測量。鐵路建設(shè)往往因某些原因會經(jīng)過不穩(wěn)定的邊坡地段，因此在第一時間獲取到這一地段的測量資料是非常關(guān)鍵的，這一任務(wù)可以通過無人機的低空攝像測量技術(shù)加以實現(xiàn)。該系統(tǒng)的精度也是需要進行檢驗的，可以先通過GPS測繪技術(shù)對該地區(qū)的內(nèi)部標志點進行精確測量，然后通過無人機的測繪數(shù)據(jù)與該標志點進行對比，將該標志點作為精度的檢查點。在進行無人機的飛行測繪開始前，要通過軟件對測繪航線進行校對，同時檢查攝像設(shè)備。無人機的飛行測繪完成后，也要進行攝像的優(yōu)化選擇，與GPS導(dǎo)航的數(shù)據(jù)影像相結(jié)合，排除模糊不清的影像，同時確認是否有漏拍的現(xiàn)象。

無人機攝像中容易出現(xiàn)相機透鏡畸變影像，為了消除這一現(xiàn)象，要根據(jù)預(yù)先得到的校驗參數(shù)對無人機獲得的原始攝像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，這一方法能夠確保連接點的自動獲取，同時保證控制點測量的準確度。在進行平差處理后，所獲得的數(shù)據(jù)就是被測區(qū)域的空間坐標。再利用攝像測量專用軟件進行立體的測繪制圖，得到大比例尺地形圖。然后進行自動地形數(shù)據(jù)提取得到DSM，最后通過GIS軟件制作出被測繪地區(qū)的三圍立體地表模型。

2.2.3 無人機的鐵路工程測量。傳統(tǒng)的鐵路線路工程測量，一直占用著大量的人力、物力，不僅耗時，而且存在資源的浪費。利用無人機進行鐵路工程測量就是通過無人機位圖像處理平臺提供清晰度非常高的數(shù)字影像資料，對被測量范圍內(nèi)的高山、丘陵、湖泊、河流以及自然保護區(qū)內(nèi)的動植物等都可以進行精確的標識。在進行線路的精確測量時，無人機可以搭載三維掃描儀對鐵路線路進行全方面的快速掃描，從而快速、準確地獲取被測地段的地形形態(tài)及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，然后從大量的數(shù)字數(shù)據(jù)信息中提取出電力線纜及桿等矢量數(shù)據(jù)信息。由于無人機測量的云數(shù)據(jù)具有相當高的精確度，因此，可以將云數(shù)據(jù)和其他的數(shù)據(jù)源進行融合，這樣大大有利于鐵路各類專業(yè)設(shè)備的安裝位置定位，從而方便工程設(shè)計建設(shè)方快速、準確的建立起一套逆向三維重構(gòu)模型，最終形成完整的鐵路線路三圍數(shù)字測量圖。

2.2.4 無人機對鐵路線路自然保護區(qū)的保護。阿勒泰至富蘊至準東線鐵路線路地形比較復(fù)雜，沿路多山丘、河流、隧道，同時還穿越新疆卡拉麥里有蹄類野生動物自然保護區(qū)。因此，無人機在鐵路運行后還能夠起到線路巡檢的巨大作用。由于線路經(jīng)過蹄類野生動物自然保護區(qū)，在線路設(shè)計時，還可以通過無人機的高空觀測，對保護區(qū)內(nèi)的動物遷徙線路、生活習(xí)性及群居特性等進行高空觀測，在進行大量的數(shù)據(jù)支持，利用無人機的高空觀測要比地面的人為觀測數(shù)據(jù)準確很多，因此可以最大限度地保護保護區(qū)的動植物分布及活動規(guī)律，避免因鐵路建設(shè)影響保護區(qū)的動植物正常的生活規(guī)律。

3 無人機在鐵路工程應(yīng)用中的展望

無人機技術(shù)正在飛速的發(fā)展與成熟，無人機在工程應(yīng)用中使用率以及自身承載力也將逐步的提升，更多功能及更大承載力的無人機將被廣泛地應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)中。新型的無人機將和GIS（地理信息系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感技術(shù)）進行相互結(jié)合，同時進行線路的精確定位及BIM的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)鐵路線路全程的數(shù)字化和可視化管理。未來的鐵路建設(shè)材料或許可以通過無人機進行搭載及運輸，這種新型的建設(shè)方法將極大地減少復(fù)雜地理環(huán)境的人力物力投資，節(jié)約更多的資源及勞動力；在鐵路工程施工現(xiàn)場，無人機可以全方位檢測施工材料準備情況及工程施工總體進度、規(guī)劃材料運輸及施工線路，及時調(diào)運施工材料，對加快工程施工進度提供強有力的保證。

4 結(jié)語

利用無人機不僅可以對鐵路線路中大比例地形進行精確測繪，而且在鐵路的日常養(yǎng)護及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防中都能起到非常好的效果，因此在鐵路施工建設(shè)以及工程運營使用都有很好的效果，具有非常高的實用性。無人機技術(shù)的發(fā)展引起了鐵路交通建設(shè)的巨大變化，利用無人機測量，有助于減少施工作業(yè)人員的勞動強度，提高施工的效率及工程質(zhì)量，對我國鐵路事業(yè)的發(fā)展起到重要的推動作用。

[1]史占軍，于志忠，郭志強．無人機攝影測量在1∶2000地形圖的應(yīng)用[J]．吉林地質(zhì)，2011，（3）．

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[3]李振．鐵路用地地籍調(diào)查技術(shù)方案的探討[J]．甘肅科技，2011，（4）．

[4]李磊，熊濤，胡湘陽，熊?。疁\論無人機應(yīng)用領(lǐng)域及前景[J]．地理空間信息，2010，（5）．

（責(zé)任編輯：王 波）

U415

1009-2374（2017）12-0185-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.095

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