鄭佳怡 姚京川 郭繼亮 馮楠

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.鐵科檢測(cè)有限公司，北京 100081）

遙感（Remote Sensing，RS）是一門從20 世紀(jì)60 年代初以航空攝影為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，根據(jù)傳感器搭載工作平臺(tái)可分為航天遙感、航空遙感、地面遙感3 類［1］。鐵路及其附屬建筑具有長(zhǎng)條狀、里程長(zhǎng)、跨越地域廣、周邊環(huán)境復(fù)雜等特征，遙感技術(shù)具有大范圍無(wú)接觸的特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于鐵路工程。目前國(guó)內(nèi)外暫無(wú)鐵路專用衛(wèi)星，將已有衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用于鐵路工程中存在分辨率低、有用數(shù)據(jù)少、重點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題，造成航天遙感在鐵路行業(yè)應(yīng)用中時(shí)效性低、成本高的現(xiàn)狀。航空遙感的高機(jī)動(dòng)性能夠?yàn)殍F路行業(yè)提供針對(duì)性的高分辨率影像，彌補(bǔ)了航天遙感重訪周期長(zhǎng)以及地面遙感人工成本高、監(jiān)測(cè)范圍小的缺點(diǎn)，航片不僅可單獨(dú)使用，也可為大范圍航天遙感低質(zhì)量影像區(qū)域提供補(bǔ)充數(shù)據(jù)。因此，航空遙感在鐵路行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

近年來(lái)，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，傳感器種類不斷豐富，探測(cè)能力不斷提高，迅速發(fā)展的雷達(dá)干涉測(cè)量、高分辨率衛(wèi)星遙感、高光譜遙感等新技術(shù)為應(yīng)用于鐵路行業(yè)的航空遙感注入了新的活力。此外，航空遙感技術(shù)與全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的3S（RS，GIS，GPS）集成應(yīng)用，也持續(xù)為中國(guó)鐵路行業(yè)提供動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)信息和科學(xué)決策依據(jù)［2-3］。因此，有必要對(duì)航空遙感關(guān)鍵技術(shù)、鐵路航空遙感的實(shí)際應(yīng)用以及面臨的問(wèn)題進(jìn)行研究與討論。

1 航空遙感技術(shù)現(xiàn)狀

航空攝影始于19世紀(jì)50年代。1858年12月法國(guó)的攝影師納達(dá)爾乘坐氣球在巴黎上空拍攝了世界上第一幅航空照片，開(kāi)始了從空中觀察地球的歷史，1909 年美國(guó)的萊特第一次從飛機(jī)上拍攝地面像片［4］。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，航空遙感已從技術(shù)探索試驗(yàn)階段進(jìn)入到了如今的實(shí)際應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)形成階段［5］，在軍事、民用、科研等領(lǐng)域受到重視。隨著飛機(jī)、飛行技術(shù)和傳感器的發(fā)展，航空攝影像片的質(zhì)量有了很大提高，用途日益廣泛。航空遙感是一門系統(tǒng)集成化的技術(shù)，其發(fā)展受到遙感平臺(tái)、傳感器、攝影方式、信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)技術(shù)的影響。

1.1 航空遙感平臺(tái)

目前，國(guó)內(nèi)外航空遙感的主要搭載平臺(tái)為有人機(jī)、氣球、飛艇、無(wú)人機(jī)等飛行器。自航空遙感出現(xiàn)以來(lái)，大型飛機(jī)、飛艇一直是航空遙感平臺(tái)的主力軍。近年來(lái)，輕小型飛行器的出現(xiàn)降低了航空遙感的成本與技術(shù)難度，正逐步成為航空遙感研究的熱點(diǎn)［6-7］。

1.1.1 大型平臺(tái)航空遙感

在輕小型平臺(tái)出現(xiàn)之前，航空遙感主要依靠大型飛機(jī)、飛艇、氣球等平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于地圖測(cè)繪、國(guó)土資源調(diào)查、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域。大型平臺(tái)承載的航空遙感系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①續(xù)航能力強(qiáng)，作業(yè)范圍廣；②飛行姿態(tài)平穩(wěn)，安全性好，不易受風(fēng)、氣流等影響，獲取影像質(zhì)量穩(wěn)定，模型解算精度高；③大型平臺(tái)遙感常承載地理信息采集等航空攝影測(cè)量任務(wù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，行業(yè)已趨于成熟；④大型平臺(tái)可同時(shí)搭載多個(gè)傳感器，實(shí)現(xiàn)多源、多模態(tài)遙感，完成航空遙感系統(tǒng)集成。

大型平臺(tái)遙感在多個(gè)領(lǐng)域已展現(xiàn)出了優(yōu)秀的問(wèn)題解決能力。如中國(guó)科學(xué)院的2 架“獎(jiǎng)狀S/II”型遙感飛機(jī)，在中國(guó)航天、航空對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。該平臺(tái)搭載的遙感系統(tǒng)在北京奧運(yùn)會(huì)籌備期與進(jìn)行期完成了重要的航空遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)，還完成了多項(xiàng)重要的環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)情報(bào)告及災(zāi)后重建工作的遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)，為中國(guó)生態(tài)環(huán)境變化與恢復(fù)的評(píng)估、災(zāi)后重建等提供了豐富的科學(xué)數(shù)據(jù)。此外，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“航空遙感系統(tǒng)”由2架ARJ-21型遙感飛機(jī)搭載，配備10多種新型遙感設(shè)備及高性能地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的航空遙感系統(tǒng)。然而，大型平臺(tái)遙感目前也面臨一些問(wèn)題，比如空域受限導(dǎo)致大型平臺(tái)航空遙感作業(yè)的地點(diǎn)、時(shí)間受限較大，降低了機(jī)動(dòng)性；系統(tǒng)還須配備專門設(shè)計(jì)的飛機(jī)、專業(yè)飛行員、專業(yè)作業(yè)人員，技術(shù)難度高，經(jīng)濟(jì)成本也較高。

1.1.2 輕小型平臺(tái)航空遙感

小型平臺(tái)（如小型無(wú)人機(jī)）的出現(xiàn)推動(dòng)了航空遙感朝著輕小型方向發(fā)展。輕小型平臺(tái)遙感的優(yōu)勢(shì)有：①靈活、實(shí)時(shí)、高效，相對(duì)于傳統(tǒng)大型平臺(tái)遙感對(duì)天氣、環(huán)境、起降場(chǎng)地等要求較低，作業(yè)受限較少［8］；②能夠快速地對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不受衛(wèi)星遙感重訪周期等因素的影響［9］；③數(shù)據(jù)分辨率更高，拓展了航空遙感的空域，成為中小尺度遙感領(lǐng)域的新工具［10］；④相比于衛(wèi)星遙感和傳統(tǒng)大型航空遙感，輕小型遙感的飛行平臺(tái)、傳感器研發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)等成本較低。輕小型平臺(tái)遙感憑借自身優(yōu)勢(shì)，已逐步從原來(lái)主要用于輔助政府宏觀決策，擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，展現(xiàn)了優(yōu)秀的數(shù)據(jù)獲取與處理能力，為測(cè)繪、監(jiān)測(cè)提供有用信息。

輕小型平臺(tái)也有其缺點(diǎn)：①體積小、重量輕，易受風(fēng)、氣流影響導(dǎo)致飛行姿態(tài)變化較大，外加目前適合輕小型飛行器搭載的POS（Position and Orientation System，定位定向系統(tǒng)）精度較低，使其獲得的遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定，影像校正難度較大；②負(fù)載重量與動(dòng)力的雙重限制，導(dǎo)致輕小型飛行器的續(xù)航能力較差，無(wú)法進(jìn)行大范圍作業(yè)；③輕小型平臺(tái)遙感仍處于起步階段，市場(chǎng)上的系統(tǒng)良莠不齊，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)人員門檻低，因此小型平臺(tái)航空遙感的安全性較差，事故頻發(fā)。

大型平臺(tái)與輕小型平臺(tái)航空遙感系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)可相互補(bǔ)充，利用大型平臺(tái)航空遙感進(jìn)行大范圍基礎(chǔ)信息獲取，利用輕小型平臺(tái)遙感進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域或信息缺失區(qū)域高分辨率精細(xì)拍攝。因此，輕小型平臺(tái)遙感逐步成為研究熱點(diǎn)，大型平臺(tái)與輕小型平臺(tái)遙感協(xié)同發(fā)展是航空遙感系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 傳感器技術(shù)

航空遙感平臺(tái)可搭載各類成像傳感器與非成像傳感器，如普通光學(xué)數(shù)碼相機(jī)、成像光譜儀、SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)）、LiDAR（Light Detection And Ranging，激光雷達(dá)）、紅外輻射計(jì)等。

1.2.1 光學(xué)數(shù)碼相機(jī)

數(shù)碼相機(jī)出現(xiàn)之前，航空遙感的拍攝工作主要使用膠片相機(jī)，膠片相機(jī)在進(jìn)行測(cè)圖工作之前必須有一個(gè)影像數(shù)字化的過(guò)程，成本高且處理流程復(fù)雜。隨著攝影技術(shù)的發(fā)展及各領(lǐng)域?qū)Ω叻直媛蕯?shù)據(jù)日益迫切的需求，數(shù)碼相機(jī)廣泛應(yīng)用于航空遙感系統(tǒng)。根據(jù)成像方式不同數(shù)碼相機(jī)大致可分為線陣相機(jī)與面陣相機(jī)。線陣相機(jī)沿著航線方向，對(duì)地物進(jìn)行逐行推掃成像。Leica 公司推出的ADS 系列相機(jī)即為一款經(jīng)典線陣航空相機(jī)，采用三線陣推掃方式成像，拍攝時(shí)有前視、后視和下視3 種投影模式。面陣相機(jī)的傳感器是由光敏元件組成的一個(gè)矩陣，成像時(shí)探測(cè)器所有的光敏元件同時(shí)曝光，不須要進(jìn)行推掃等機(jī)械運(yùn)動(dòng)，能直接得到與面陣探測(cè)器對(duì)應(yīng)的面陣影像。經(jīng)典的面陣數(shù)碼相機(jī)有Z/I 公司的DMC 系列［11］、Vexcel 公司的UCD 系列、中科院的MADC 系列、中國(guó)測(cè)繪研究院的SWDC系列等。這里提及的相機(jī)大多須用大型平臺(tái)搭載，在航空攝影測(cè)量方面表現(xiàn)優(yōu)異。近年來(lái)隨著無(wú)人機(jī)等小型平臺(tái)的發(fā)展，航空遙感門檻降低，常見(jiàn)的商業(yè)相機(jī)也應(yīng)用于航空遙感，如佳能、索尼、Leica等公司推出的各類小型數(shù)碼相機(jī)，豐富了航空遙感光學(xué)載荷的類別。

1.2.2 成像光譜儀

成像光譜儀融合了成像技術(shù)和光譜技術(shù)，可同時(shí)獲得地物目標(biāo)的地理信息與光譜信息，提高了遙感應(yīng)用的定量化水平，主要工作范圍為可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外波段。成像光譜儀的出現(xiàn)使航空遙感技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，從地物分辨發(fā)展到對(duì)地物直接識(shí)別，從探測(cè)宏觀地物發(fā)展到探測(cè)地物的組分乃至化學(xué)組成。目前國(guó)際上主流的機(jī)載高光譜儀有美國(guó)的AVIRIS，澳大利亞的Hylab，加拿大Itres公司的CASI，SASI，TASI，中國(guó)上海技術(shù)物理研究所研制的OMIS和PHI［12］。

1.2.3 SAR傳感器

SAR 是一種主動(dòng)式微波傳感器，通過(guò)向成像區(qū)域發(fā)射電磁波能量，然后記錄來(lái)自目標(biāo)物的返回信號(hào)。SAR 主要工作在電磁波譜的微波波段（波長(zhǎng)0.1～100.0 cm），不受光照和天氣條件的限制，可全天時(shí)、全天候?qū)Φ赜^測(cè)；在一定條件下，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的微波還具有對(duì)地物的穿透性，其成像的立體效應(yīng)增強(qiáng)了地形信息。這些優(yōu)勢(shì)使得SAR遙感技術(shù)在地質(zhì)學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用及深入發(fā)展。目前，航空遙感典型機(jī)載SAR 系統(tǒng)有美國(guó)的AIRSAR 和GeoSAR、加拿大的CV-580SAR、丹麥的EMISAR、德國(guó)的E-SAR、巴西的OrbiSAR等，這些傳感器覆蓋了P，L，C，X 等波段，且一般都具有全極化和干涉測(cè)量功能。中國(guó)于20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始開(kāi)展機(jī)載SAR 的研制，已成功研制了多種型號(hào)的機(jī)載SAR 系統(tǒng)，如中國(guó)測(cè)繪研究院牽頭研制的CASMSAR 系統(tǒng)，可以獲取0.5～5.0 m空間分辨率的多波段（X和P波段）、多極化（HH，HV，VH，VV）干涉與立體SAR 數(shù)據(jù)，中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院研制的CSAR 系統(tǒng)，工作波段為C 波段，綜合了4種極化方式，集合了實(shí)時(shí)成像處理和事后高分辨圖像精處理功能。

1.2.4 LiDAR傳感器

LiDAR 是一種激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量飛機(jī)的位置、姿態(tài)、對(duì)地距離及掃描角度，獲得地面掃描點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)。LiDAR 屬于主動(dòng)遙感，可全天候工作，有一定的穿透性且周期短、精度高，是目前地形測(cè)量和三維建模的重要手段之一。LiDAR系統(tǒng)近年來(lái)發(fā)展迅速，除了最大測(cè)程、脈沖頻率、測(cè)量精度等硬指標(biāo)不斷提高外，回收回波信號(hào)的方式也在進(jìn)一步改進(jìn)。目前主流的機(jī)載LiDAR 廠商有Leica，Optech，Riegl，Trimble等。近年來(lái)出現(xiàn)了一種單光子雷達(dá)，采用與以往模式完全不同的光子計(jì)數(shù)工作模式，功耗更低、探測(cè)精度及效率更高，以Leica 公司的SPL100為代表。

目前航空遙感的各類傳感器性能逐日上升，種類日益豐富，但中國(guó)境內(nèi)的航空遙感傳感器大多為飛機(jī)等大型平臺(tái)設(shè)計(jì)，輕小型平臺(tái)航空遙感處于起步階段，可供選擇的傳感器較為單一。中國(guó)的大多數(shù)相關(guān)研究依賴他國(guó)商業(yè)化小型傳感器，現(xiàn)已無(wú)法滿足形式日益豐富的實(shí)際應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的要求，對(duì)輕小型航空傳感器的研制需求也日趨緊迫。

1.3 攝影方式

航空遙感的攝影方式可按像片傾斜角分為垂直攝影和傾斜攝影2類。像片傾斜角是攝影機(jī)主光軸與通過(guò)透鏡中心的地面鉛垂線間的夾角。

垂直攝影為像片傾斜角等于0°的攝影。垂直攝影的主光軸垂直于地面，感光膠片與地面平行，在實(shí)際作業(yè)中當(dāng)傾斜角小于3°時(shí)即可視為垂直攝影。垂直攝影獲得的影像稱為水平像片，水平像片上各部分的比例尺大致相同，可進(jìn)行位置關(guān)系判斷與距離基礎(chǔ)量測(cè)。傳統(tǒng)的航空遙感拍攝方式一般為垂直攝影，航空遙感的重要產(chǎn)品之一即為數(shù)字正射模型。

傾斜攝影為像片傾斜角大于3°時(shí)的攝影，獲得的影像稱為傾斜像片。傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息，如圖1 所示。傾斜攝影技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰度、多角度的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，直接提供了豐富的地物側(cè)面信息，減少了須額外對(duì)建筑物側(cè)面紋理信息進(jìn)行采集及影像修正的工作量，使得三維重建技術(shù)的成本大幅降低。

圖1 傾斜攝影示意

2 航空遙感在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用

航空遙感作為一種新興技術(shù)應(yīng)用于鐵路勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等鐵路工程各階段，使大范圍、無(wú)接觸、機(jī)動(dòng)性監(jiān)測(cè)成為可能，逐步打破了傳統(tǒng)鐵路工程人工、設(shè)備高成本的局面。近年來(lái)航空遙感在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用情況見(jiàn)圖2。

圖2 航空遙感在鐵路領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 航空遙感在鐵路勘察設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

航空遙感在鐵路勘察設(shè)計(jì)階段中主要有兩方面應(yīng)用：地形測(cè)量制圖與地質(zhì)資料采集［13］。在鐵路勘察設(shè)計(jì)階段須進(jìn)行地形測(cè)量與大比例尺地形圖制作，在地形資料缺失或精度不高的情況下，利用傳統(tǒng)地面測(cè)量的方法很難快速完成地形測(cè)繪，尤其是在地形地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，利用航空遙感可較快地獲得區(qū)域地形圖、數(shù)字高程模型等鐵路線路設(shè)計(jì)所需的重要資料。在勘察設(shè)計(jì)階段還須對(duì)區(qū)域地質(zhì)勘察，航空遙感影像可直接或間接提供沿線大比例尺地質(zhì)與水文資料。航片反映的地表地物宏觀、逼真，根據(jù)影像中的紋理、色調(diào)、圖形等特征，解譯出區(qū)域內(nèi)地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等信息。

早在1935年中國(guó)就已建立了鐵路航測(cè)分隊(duì)，完成過(guò)重慶—長(zhǎng)沙、寶雞—成都等線路的大比例尺地形圖制作與川漢（成都—漢口）鐵路等線路的選線圖制作。新中國(guó)成立后鐵道設(shè)計(jì)總局成立了航測(cè)組進(jìn)行鐵道專門的勘察測(cè)量工作。中國(guó)從20 世紀(jì)開(kāi)始將航空遙感技術(shù)應(yīng)用于鐵路勘察設(shè)計(jì)工作中，至今已有很多成功的案例。在蘭新（蘭州—烏魯木齊）鐵路選線時(shí)缺乏地質(zhì)資料與地形地圖，尤其是蘭新線東段，地質(zhì)地形條件不允許大規(guī)模的人力測(cè)繪，因此在選線工作中引入了航空測(cè)量法，作業(yè)人員根據(jù)航空遙感影像勾繪出沙漠、沼澤、鹽湖、堿灘等不良地質(zhì)的分布范圍，所得信息支持決策，選擇出了經(jīng)濟(jì)合理的線路方案，大大加快了蘭新鐵路的勘測(cè)工作?！疤毂４蟆保ㄌ旖颉６ā笮拢╄F路的選線也應(yīng)用了航空遙感技術(shù)，通過(guò)結(jié)合不同時(shí)相、不同比例尺的航空像片陸地衛(wèi)星影像進(jìn)行室內(nèi)解譯及外業(yè)驗(yàn)證，編繪出了1∶10 000 大比例尺工程地質(zhì)圖，為線路專業(yè)人員確定主要推薦方案提供了可靠的基礎(chǔ)資料。此外，在集通（集寧—通遼）鐵路、青藏（西寧—拉薩）鐵路格爾木至拉薩段、川藏（成都—拉薩）鐵路等線路的勘察設(shè)計(jì)階段，航空遙感技術(shù)均發(fā)揮了極其重要的作用［14］。

隨著航空遙感技術(shù)的發(fā)展，新型攝影方式與多源傳感器也被引入到鐵路勘察階段。中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司在西藏青藏高原某區(qū)段鐵路勘察設(shè)計(jì)階段，針對(duì)測(cè)區(qū)植被覆蓋茂密和地形艱險(xiǎn)的現(xiàn)狀，利用航空遙感傾斜攝影技術(shù)獲取了重點(diǎn)邊坡坡面的地質(zhì)信息，構(gòu)建了680 km2的優(yōu)于5 cm 的三維實(shí)景，并結(jié)合二維影像和其他地質(zhì)資料，利用遙感解譯技術(shù)方法完成19 處工點(diǎn)的地質(zhì)信息、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、其他潛在威脅對(duì)象等因素的信息采集與判別解譯［15］。

航空遙感在國(guó)外鐵路勘察設(shè)計(jì)工作中也發(fā)揮了重要的作用。中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司在泰國(guó)進(jìn)行泛亞鐵路網(wǎng)的勘察設(shè)計(jì)工作中利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)克服了熱帶雨林地貌復(fù)雜、植被茂密、外業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的高難度工作環(huán)境，為工程提供了1∶2 000 的大比例尺地形圖、19 000 個(gè)線站橋隧專業(yè)橫斷面等基礎(chǔ)資料［16］，促進(jìn)了中國(guó)與國(guó)外鐵路技術(shù)的合作與交流。

2.2 航空遙感在鐵路施工建設(shè)階段的應(yīng)用

航空遙感在鐵路施工建設(shè)階段中主要有兩方面應(yīng)用：工程管理監(jiān)督與施工環(huán)境監(jiān)測(cè)。在鐵路施工建設(shè)階段須對(duì)工程進(jìn)行管理監(jiān)督，鐵路建設(shè)屬于大范圍、建設(shè)周期較長(zhǎng)的工程，利用傳統(tǒng)臺(tái)賬的方式無(wú)法對(duì)工程進(jìn)行整體監(jiān)控和指導(dǎo)，可視化程度低。利用航空遙感進(jìn)行定期巡視，可留取高分辨率工程進(jìn)度資料，還可利用數(shù)據(jù)建立施工現(xiàn)場(chǎng)三維平臺(tái)，支持施工部門的決策、完成施工組織管理等，并協(xié)助施工單位現(xiàn)場(chǎng)工作（如取棄土場(chǎng)的選?。o助下一施工階段的安排。

在鐵路施工建設(shè)階段還須對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括施工建設(shè)中周邊生態(tài)環(huán)境的變化、施工建設(shè)中地表地形的變化及地質(zhì)環(huán)境的變化。在鐵路建設(shè)過(guò)程中不可避免地割裂當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，對(duì)生態(tài)、自然景觀及地表地質(zhì)狀態(tài)帶來(lái)極大的影響。大多數(shù)生態(tài)環(huán)境與地表地質(zhì)變化無(wú)法短時(shí)間內(nèi)從小范圍定點(diǎn)獲知，須進(jìn)行大范圍觀測(cè)。衛(wèi)星觀測(cè)受軌道過(guò)境范圍與時(shí)間限制很大，而利用航空遙感數(shù)據(jù)可以對(duì)周邊環(huán)境、地表地質(zhì)等進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集與留存，結(jié)合遙感圖像解譯與GIS空間分析技術(shù)對(duì)施工各類環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。

近年來(lái)，航空遙感技術(shù)在鐵路建設(shè)階段已有了很多實(shí)際應(yīng)用。中航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司利用無(wú)人機(jī)遙感結(jié)合衛(wèi)星遙感的方式對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地形和地質(zhì)地貌、地面建筑物等情況的信息采集，將設(shè)計(jì)好的鐵路三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維GIS，實(shí)現(xiàn)了在建鐵路的漫游瀏覽、三維可視化展示、信息查詢及分析功能［17］。中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司利用無(wú)人機(jī)遙感在成昆（成都—昆明）鐵路復(fù)線施工建設(shè)階段克服大高差地形獲取施工區(qū)域的高清影像，結(jié)合定位技術(shù)完成三維建模，對(duì)線路施工開(kāi)挖土石方量進(jìn)行監(jiān)測(cè)［18］。此外，中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司在浙江某鐵路項(xiàng)目施工過(guò)程中還將航空遙感技術(shù)用于地質(zhì)地形監(jiān)測(cè)，建設(shè)過(guò)程中隧道口施工場(chǎng)地邊坡出現(xiàn)了滑坡跡象，采用無(wú)人機(jī)搭載高精度POS（GPS+IMU）及傾斜相機(jī)利用傾斜攝影技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行三維實(shí)景建模，對(duì)該滑坡區(qū)域進(jìn)行了為期一周的監(jiān)測(cè)［19］。

2.3 航空遙感在鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的應(yīng)用

航空遙感在鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段中主要有三方面應(yīng)用：運(yùn)營(yíng)期復(fù)測(cè)與監(jiān)測(cè)、周邊安全監(jiān)測(cè)及鐵路基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)信息化。地形地質(zhì)復(fù)測(cè)與監(jiān)測(cè)是鐵路運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，相比于構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)，地形地質(zhì)復(fù)測(cè)與監(jiān)測(cè)涉及范圍廣、面積大，定點(diǎn)觀測(cè)耗費(fèi)的人力與時(shí)間成本高，而航空遙感可在地形地質(zhì)的復(fù)測(cè)監(jiān)控中發(fā)揮很大的作用。運(yùn)營(yíng)鐵路受地理環(huán)境變化、地質(zhì)災(zāi)害的影響很大，在山區(qū)等復(fù)雜地理區(qū)域，嚴(yán)峻的地勢(shì)及災(zāi)害環(huán)境使作業(yè)的難度加大，此時(shí)利用航空遙感技術(shù)可以獲得高分辨率、高時(shí)效性的影像數(shù)據(jù)，對(duì)鐵路沿線地表環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)威脅鐵路行車安全的落石、滑坡、泥石流進(jìn)行監(jiān)控與預(yù)警，推進(jìn)智能鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

鐵路線路跨度長(zhǎng)、跨越地域廣且情況復(fù)雜，對(duì)鐵路沿線的安全監(jiān)測(cè)需要投入大量的人力物力，現(xiàn)有的人防物防技術(shù)時(shí)效性低、誤判率高，利用航空遙感技術(shù)可對(duì)鐵路沿線進(jìn)行定期巡查，尤其是小型遙感平臺(tái)如無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)可以大大縮短安全監(jiān)測(cè)的周期，做到重點(diǎn)區(qū)域短時(shí)間的持續(xù)監(jiān)測(cè)。航空遙感技術(shù)配合深度學(xué)習(xí)等新興的遙感圖像解譯技術(shù)可做到非法侵線、違規(guī)建筑等風(fēng)險(xiǎn)源的快速高效識(shí)別。

航空遙感在鐵路基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)信息化的過(guò)程中也發(fā)揮了重要的作用［20］。數(shù)量足夠、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鐵路基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是進(jìn)行鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)的基礎(chǔ)。航空遙感影像可為既有鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供大量基礎(chǔ)地理信息，如線路的具體位置、線路周邊地理人文環(huán)境情況等，還可快速、及時(shí)地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地理信息庫(kù)重點(diǎn)區(qū)域的信息更新，構(gòu)建鐵路沿線三維模型，協(xié)助管理部門進(jìn)行決策，推進(jìn)鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作的可視化與信息化，大幅提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率。

在既有鐵路的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，遙感技術(shù)也已有不少成功應(yīng)用案例。京廣（北京—廣州）鐵路是中國(guó)第一條利用航空遙感技術(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)的線路，1960 年進(jìn)行了安陽(yáng)至武昌段的航攝，1965 年復(fù)測(cè)完成了該區(qū)間內(nèi)288 km2的1∶2 000比例尺的地形圖。北京鐵路局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)方法須20年完成的復(fù)測(cè)任務(wù)利用航測(cè)方法僅需6 年時(shí)間，并且費(fèi)用僅為常規(guī)方法測(cè)量的5%［21］。復(fù)測(cè)成果應(yīng)用于土地管理與規(guī)劃、搶險(xiǎn)救災(zāi)、工程病害防治等多方面。遙感技術(shù)在既有鐵路的地質(zhì)監(jiān)測(cè)中也有成功應(yīng)用，在成昆鐵路沙灣至瀘沽段，利用傳統(tǒng)地面方法調(diào)查發(fā)現(xiàn)36條泥石流溝，同期利用航空遙感技術(shù)則探查驗(yàn)證出73條泥石流溝，航空遙感的探測(cè)效率是地面遙感的2～3倍，調(diào)查結(jié)果也更加全面［22］。

3 鐵路航空遙感面臨的制約因素

3.1 政策法規(guī)的限制

航空遙感涉及復(fù)雜、長(zhǎng)周期的機(jī)場(chǎng)和空域申請(qǐng)流程，對(duì)云層等天氣條件要求高，時(shí)效性較差，無(wú)法完成鐵路工程突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急處理等任務(wù)。除統(tǒng)一空域管理外，各地方、各行業(yè)也依法出臺(tái)了與其相適配的更為嚴(yán)格的規(guī)則與規(guī)定，對(duì)各類飛行器管制十分嚴(yán)格。但近年來(lái)，隨著各類飛行器行業(yè)的蓬勃發(fā)展，1 000 m以下的低空空域一定程度上放開(kāi)了限制，逐步簡(jiǎn)化低空空域的申請(qǐng)流程，小型低空遙感（如無(wú)人機(jī)遙感）發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

3.2 安全性有待提升

安全因素是制約航空遙感技術(shù)在鐵路領(lǐng)域應(yīng)用的主要因素之一。對(duì)鐵路行業(yè)尤其是對(duì)鐵路既有線路應(yīng)用航空遙感方面的安全管控十分嚴(yán)格。由于高空空域限制以及鐵路日益迫切的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)要求，鐵路工程對(duì)小型低空遙感，尤其是抵近能力好、時(shí)效性高的無(wú)人機(jī)遙感的需求越來(lái)越多。目前國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)質(zhì)量參差不齊，事故率較高，為了避免無(wú)人機(jī)對(duì)鐵路行車安全的影響，鐵路部門已明文規(guī)定在沿線500 m范圍內(nèi)不能飛放無(wú)人機(jī)、飛艇、氣球等飛行器。

創(chuàng)新性不強(qiáng)、核心技術(shù)缺乏是國(guó)內(nèi)航空遙感安全性較低的主要原因。中國(guó)遙感系統(tǒng)重集成、輕開(kāi)發(fā)，一些核心關(guān)鍵元（器）件須從國(guó)外采購(gòu)，自主研發(fā)的飛行平臺(tái)、傳感器、軟件系統(tǒng)、高精度POS 與穩(wěn)定平臺(tái)可靠性和專業(yè)性差，壽命短。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的商業(yè)無(wú)人機(jī)生產(chǎn)商與相關(guān)科研院所已開(kāi)始重視飛行控制系統(tǒng)的自主研發(fā)，無(wú)人機(jī)平臺(tái)穩(wěn)定性與安全性有了很大程度提高，國(guó)產(chǎn)低空遙感平臺(tái)正在逐步向鐵路行業(yè)的高安全標(biāo)準(zhǔn)靠近。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)缺乏

中國(guó)航空遙感產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體上缺乏協(xié)同性，軍民分立、行業(yè)分立、條塊分割、標(biāo)準(zhǔn)缺乏導(dǎo)致航空遙感難以統(tǒng)一管理。鐵路線路涉及范圍廣，各省級(jí)單位的航空遙感管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，相關(guān)資源和技術(shù)難以有效整合，跨行業(yè)數(shù)據(jù)共享困難，造成了低水平重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題，加大了鐵路復(fù)測(cè)工作量，進(jìn)而導(dǎo)致鐵路信息化建設(shè)受阻。制定鐵路相關(guān)的航空遙感管理與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的需求日益迫切。

4 結(jié)語(yǔ)

航空遙感技術(shù)從20 世紀(jì)出現(xiàn)以來(lái)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，多源、多模式的航空遙感數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于鐵路工程的各階段。航空鐵路遙感的應(yīng)用減少了外業(yè)人員、設(shè)備的投入，降低了危險(xiǎn)地區(qū)作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。然而，國(guó)內(nèi)航空遙感在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間較短，存在一定程度的不足。隨著技術(shù)水平與管理水平的不斷提高，航空遙感技術(shù)將在鐵路行業(yè)得到更為廣泛與深入的應(yīng)用。