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(jī)在鐵路建設(shè)工程管理上的運(yùn)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(jìn)步，無人機(jī)的應(yīng)用也在飛速的發(fā)展。文章以阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)東線鐵路線路建設(shè)中無人機(jī)的運(yùn)用為背景，說明無人機(jī)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(jī)；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(jì)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(jī)的出現(xiàn)恰恰彌補(bǔ)了這一不足。無人機(jī)在進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)際的施工情況相結(jié)合，可以將施工數(shù)據(jù)變得更加準(zhǔn)確，一個精確的線路及實(shí)地?cái)?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(jī)進(jìn)行勘探測量，將大大降低鐵路施工工人的勞動強(qiáng)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(jī)在鐵路工程中的應(yīng)用概述

無人機(jī)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?jǐn)z影技術(shù)也有快速的發(fā)展，采用無人機(jī)進(jìn)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(diǎn)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(jì)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(diǎn)，這時無人機(jī)就凸顯了它巨大的優(yōu)勢，無人機(jī)可以搭載數(shù)碼相機(jī)，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(jī)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(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)——以阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)東線為例

2.1 阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)東線鐵路線路概述

阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)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(diǎn)為北阿鐵路，終點(diǎn)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(zhǔn)東站、準(zhǔn)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(jì)74860m2。

2.2 無人機(jī)在阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)東線建設(shè)中應(yīng)用

2.2.1 無人機(jī)的高空巡視檢查。無人機(jī)的高空巡視檢查就是利用無人機(jī)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(jìn)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(jìn)行分析處理，從而能夠在鐵路建設(shè)中對整個工程路段進(jìn)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(jī)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(jī)的低空攝像測量技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的精度也是需要進(jìn)行檢驗(yàn)的，可以先通過GPS測繪技術(shù)對該地區(qū)的內(nèi)部標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行精確測量，然后通過無人機(jī)的測繪數(shù)據(jù)與該標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行對比，將該標(biāo)志點(diǎn)作為精度的檢查點(diǎn)。在進(jìn)行無人機(jī)的飛行測繪開始前，要通過軟件對測繪航線進(jìn)行校對，同時檢查攝像設(shè)備。無人機(jī)的飛行測繪完成后，也要進(jìn)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(rèn)是否有漏拍的現(xiàn)象。

無人機(jī)攝像中容易出現(xiàn)相機(jī)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(yàn)參數(shù)對無人機(jī)獲得的原始攝像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，這一方法能夠確保連接點(diǎn)的自動獲取，同時保證控制點(diǎn)測量的準(zhǔn)確度。在進(jìn)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(biāo)。再利用攝像測量專用軟件進(jìn)行立體的測繪制圖，得到大比例尺地形圖。然后進(jìn)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(jī)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(fèi)。利用無人機(jī)進(jìn)行鐵路工程測量就是通過無人機(jī)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(hù)區(qū)內(nèi)的動植物等都可以進(jìn)行精確的標(biāo)識。在進(jìn)行線路的精確測量時，無人機(jī)可以搭載三維掃描儀對鐵路線路進(jìn)行全方面的快速掃描，從而快速、準(zhǔn)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?jǐn)?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(jī)測量的云數(shù)據(jù)具有相當(dāng)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(jìn)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(jì)建設(shè)方快速、準(zhǔn)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(jī)對鐵路線路自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)。阿勒泰至富蘊(yùn)至準(zhǔn)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(hù)區(qū)。因此，無人機(jī)在鐵路運(yùn)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(hù)區(qū)，在線路設(shè)計(jì)時，還可以通過無人機(jī)的高空觀測，對保護(hù)區(qū)內(nèi)的動物遷徙線路、生活習(xí)性及群居特性等進(jìn)行高空觀測，在進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)支持，利用無人機(jī)的高空觀測要比地面的人為觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確很多，因此可以最大限度地保護(hù)保護(hù)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(hù)區(qū)的動植物正常的生活規(guī)律。

3 無人機(jī)在鐵路工程應(yīng)用中的展望

無人機(jī)技術(shù)正在飛速的發(fā)展與成熟，無人機(jī)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(jī)將被廣泛地應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)中。新型的無人機(jī)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(jìn)行相互結(jié)合，同時進(jìn)行線路的精確定位及BIM的綜合應(yīng)用，實(shí)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(jī)進(jìn)行搭載及運(yùn)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(jī)可以全方位檢測施工材料準(zhǔn)備情況及工程施工總體進(jìn)度、規(guī)劃材料運(yùn)輸及施工線路，及時調(diào)運(yùn)施工材料，對加快工程施工進(jìn)度提供強(qiáng)有力的保證。

4 結(jié)語

利用無人機(jī)不僅可以對鐵路線路中大比例地形進(jìn)行精確測繪，而且在鐵路的日常養(yǎng)護(hù)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(yùn)營使用都有很好的效果，具有非常高的實(shí)用性。無人機(jī)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(jī)測量，有助于減少施工作業(yè)人員的勞動強(qiáng)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(qiáng)．無人機(jī)攝影測量在1∶2000地形圖的應(yīng)用[J]．吉林地質(zhì)，2011，（3）．

[2]呂志伸．無人機(jī)航空攝影在農(nóng)村集體土地登記確權(quán)發(fā)證工作中的應(yīng)用[J]．科技傳播，2013，（6）．

[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(jī)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

A