视觉自动化监测技术在铁路变形监测中的应用

邻近铁路施工不当会造成路基沉降、涵洞开裂、桥梁墩台倾斜等问题,从而影响铁路运营安全。对铁路结构物进行变形监测,是确保铁路行车安全的重要手段。为解决铁路结构物变形监测高频次、高精度、实时预警的需求,研究了一种基于数字化近景摄影测量技术的非接触监测方法,集成近景摄影测量、计算机视觉、数字图像处理、无线通讯等多种新技术,实现了远程无接触自动化变形监测。结果表明：(1)采用850 nm的滤波片可大幅度降低环境光照差异带来的误差;(2)通过设置基准点可将设备位置变化引起的误差控制在1 mm以内;(3)该系统可以全天候自动化监测,监测过程中可实时查看设备状态,无需上线作业,大幅减少了天窗作业频次;(4)相较于传统的全站仪人工监测方法,该技术具有精度高、自动化、非接触、实时测量、干扰因素少等特点,精度可达毫米级。     

GPS-RTK三维一体化既有线测绘方法的研究

采用GPS-RTK技术,将既有线里程丈量、平面测绘、中平测量整合为一个工序进行一体化既有线测量,并对其技术、经济指标进行分析,从而在生产中减少上线作业班组和人员,缩短上线作业时间,提高综合作业效率,降低既有线测绘安全风险。在一定的技术条件支持下,GPS-RTK三维一体化既有线测绘方法,能够满足普通铁路勘测设计阶段既有线测量精度要求,提高既有线测绘综合作业效率,客观上降低作业人员劳动强度和安全风险,具有很好的可行性。     

免像控无人机高清倾斜摄影三维建模精度分析

对于大落差山区,常规无人机倾斜摄影测量往往难以顾及山脚等重点关注区域,为达到测图精度并将模型转换为工程所需坐标系,通常需要布设大量可靠的外业像控点,然而,在地灾体上人工布设测量像控点的难度极大。结合西南山区某铁路山体滑坡抢险项目的内外业工作,利用Phantom4 RTK无人机在不同航高、不同角度进行免像控模拟倾斜摄影,通过航线优化设计及对曝光点进行坐标转换,完成重点关注区域的高精度模型三维重建。研究表明,相较于传统无人机倾斜摄影,新方法可减少1/3的内外业工作,精度可达到1∶1 000比例的三维模型精度要求。     

基于Inpho的空三加密及正射影像制作方法研究

摄影测量工作站Inpho高精度、高效率、高度自动化的特点使其在DOM及DEM的生产制作中的优势得以体现,内业作业效率和产品质量显著提高。以成贵线某隧道数字高程模型及正射影像生产项目为例,阐述使用Inpho系列软件进行空三加密及正射影像制作方法,并结合过程中遇到的问题提出解决方案。     

基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法

针对目前常规岔心测量方法作业效率低下、测量人员上线作业存在较大安全隐患等问题,提出一种基于三维激光扫描技术的既有铁路道岔岔心自动提取方法:①对原始点云数据进行预处理,通过轨面高程滤波剔除枕木等无用数据(只保留铁轨轨面数据);②利用Hough变换算法检测直线,并采用最小二乘法对检测出的直线进行拟合,以提高直线检测精度;③为每条直线设置1个邻域,搜索邻域内的点作为该条直线新的直线点集,采用最小二乘法对新筛选出的直线点集进行第二次拟合;④将直线参数相近的直线合并为一条直线,得到最终的轨道直线,根据提取出的直线参数计算岔心坐标。选取某车站既有道岔的点云数据进行实例验证,提取出的岔心坐标与传统人工测量方式得到的岔心坐标差值均在3 cm以内,证明了该方法的可行性。     

轻小型激光雷达在铁路勘测中的应用研究

为解决短小铁路项目航飞数据难以及时获取和既有铁路上线测量困难等问题,将轻小型激光雷达引入铁路勘测项目中,并与大型航摄设备在使用方便性、空域申请周期、有效航飞天数等方面进行对比分析。在执行短小铁路项目航飞作业时,小型激光雷达较大型航摄设备可提高效率50%以上。结合轻小型激光雷达在铁路勘测项目初测、定测和既有线测绘等工作中的应用试验,总结不同测绘工作的技术流程和精度控制方案,其激光点云精度可以达到5 cm,满足新建铁路项目大比例成图、断面测量、工点地形测绘,既有铁路平面测绘、横断面测量等要求(但不能满足既有线中平测量2 cm的精度要求),可以减少上线测量工作量70%以上。研究证明,轻小型激光雷达技术适合短小铁路项目航飞、小范围补飞及既有线测绘等工作。     

一种基于航空影像的高精度可量测无缝正射影像立体模型生成方法及应用

在传统摄影测量基于像片对的立体模型的基础上 ,提出了在多航带、多个模型构成的一个连续测区范围内 ,基于无缝镶嵌的数字正射影像和立体辅助影像 (Stereomate)构建一个可量测无缝立体正射影像对的思想。该模型是经过几何纠正的 ,能够立体再现摄影时的地形和地物信息 ,具有没有上下视差、方便使用、有地理参考和可量测的特性。该模型可以方便的与GIS系统集成 ,用户可以利用该模型进行三维地形、地物量测、公路、铁路设计和像片解译 ,可以对数据采集过程中未采集的地表三维目标 ,如房屋、树木、地质断裂等均可由用户自行采集 ,并且可直接进入GIS数据库。同时它也提供了一种快捷、真实地再现大范围的三维地形和地物景观模型的实用方法。经过理论和实验分析表明 ,在构成可量测无缝正射影像立体模型的正射影像分辨率和原始像片分辨率近似相同的情况下 ,它的量测精度可以达到用原始像片构成立体模型的立体量测精度。立体观测和影像匹配十分简单 ,可由非摄影测量专业背景的广大用户直接在计算机上完成。本文对可量测无缝正射影像立体模型的生成原理、方法和量测精度进行详细分析 ,并给出了相应的实验结果     

“无人机+激光雷达”在集通线复测中的应用

传统既有线复测主要采用上线作业方式,利用水准测量或GNSS-RTK技术进行中平和平面测绘,效率较低且存在安全隐患。针对集宁至通辽铁路(集通线)复测任务,提出一种基于"无人机+激光雷达"的铁路既有线测量方法,通过低航高的激光雷达获取高密度既有线点云,经轨迹解算、航带平差、坐标转换后,再采用特殊地面控制标靶对其进行点云精度改化,最终获取了既有线三维中线坐标。为验证精度,选取10 km的既有线点云数据与实测点进行对比,结果显示,该方法获取的三维中线坐标的平面、高程精度分别达到3 cm和3.4 cm,可以满足一般既有线复测的需要。     

铁路无人机巡检技术研究与应用

针对传统人工巡检作业低效率、高成本等问题，本文在系统总结无人机倾斜摄影技术的基础上，提出安全高效、高覆盖率、高精度的铁路工务无人机巡检方案。结合铁路工务巡检需求，研究铁路沿线周边环境隐患排查、隧道进出口仰坡地灾评估、桥梁基础冲刷水害评估等场景下的无人机巡检技术。将无人机倾斜摄影应用于不同巡检场景，结果表明无人机巡检技术可实现高效、安全巡检及成果的数字化管理。     

基于超站仪的既有线测量方法研究

为了解决目前既有线测量效率不高等问题,在既有线测量中采用了一种基于超站仪的线上线下同时测量方法,其基本思想是利用超站仪下部的全站仪进行CPⅢ控制网测量,利用超站仪上部的GNSS接收机进行线下CPⅠ同步观测,并通过GNSS快速静态定位得到测站点坐标,再以此为起算点计算线上CPⅢ的坐标。推导论证了由线上测站点构成的新型CPⅡ网的精度,通过分析该方法在某段既有线CPⅡ网中的实验数据,说明该方法可以达到规范中时速160 km铁路CPⅡ网的精度要求。研究结果表明,这种新型CPⅡ网较传统网具有多方面的优势,能最大化地节约CPⅡ网的测量成本,提高测量效率,可以在普速铁路既有线测量中应用推广。     

正射影像图技术在铁路勘测中的应用与发展

我国铁路建设正处在一个跨越式发展阶段,由于数字正射影像图具有直观、易于判读、具有地形图数学精度和影像特征、易于快速更新、从中可提取丰富的资源信息和社会发展信息等优势,数字正射影像技术为铁路建设的现状调查提供丰富翔实的资料、可以为铁路综合勘测设计提供更加直观的现状地形地貌、可以为既有铁路的改扩建提供信息和服务.     

车载激光雷达在铁路复测中的应用探讨

传统的铁路复测方法作业效率低、精度差、安全性不高.采用车载激光雷达系统进行铁路复测是一种新技术,测量时将激光雷达系统安装于铁路通勤车或轨检车的车厢尾端,具有安全性好、作业效率高、能准确直观反映现场实况的优点.本文介绍了车载激光雷达系统的原理、实施方案,探讨了系统的检校、扫描盲区处理、轨道中心线的提取、数据质量控制措施等关键问题.     

新建铁路线路数字化设计平台的研究

利用数字摄影测量技术,已能生产数字线划图、正射影像图、数字高程模型、立体配对影像图等多品种的摄影测量产品。利用这些产品,结合图形图像处理技术、数据库应用技术,建立虚拟现实的立体图形系统来代替现在普遍流行的传统的数字线划地图,进行铁路线路选线设计,将为铁路在三维环境下进行设计提供了新的思路和方法。     

新建铁路线路数字化设计平台的研究

目前利用数字摄影测量技术,已能生产数字线划图、正射影像图、数字高程模型、立体配对影像图等多品种的摄影测量产品.利用这些产品,结合图形图像处理技术、数据库应用技术,建立虚拟现实的立体图形系统来代替现在普遍流行的传统的数字线划地图,进行铁路线路选线设计,将为铁路在三维环境下进行设计提供了新的思路和方法.     

无人机LiDAR技术在铁路勘测中的应用分析

为了提高铁路勘测制图的精度和效率,减少外业勘测的工作量,结合工程实例,选用适合的无人机平台和轻小型Li DAR系统,对铁路沿线进行无人机Li DAR航摄,以验证无人机Li DAR系统的可靠性和植被穿透性,并对出现的技术问题提出解决方法。研究表明:(1)对获取的Li DAR点云进行坐标转换、高程改正、点云分类并生成DEM,同时基于高精度POS数据制作正射影像,根据实测点统计出的DEM和DOM精度指标,可满足铁路工程制作大比例地形图的要求。(2)根据DEM和DOM制作的大比例地形图和线路横断面图,通过外业勘测核实,相较于传统立体航测,中误差从0. 423 m减少为0. 265m,数据利用率提高了45. 5%,极大减少了外业勘测工作量。项目应用效果表明,无人机Li DAR摄影制图具有数据获取灵活、外业工作量少、成果精度高等优势,可以为今后的工程应用提供参考。     

地面激光扫描技术在既有铁路勘测中的应用研究

以线路中心线为基本控制线的既有线测量方法施测困难,且对运营干扰大、安全性差、效率低。本文提出了将激光扫描技术应用于既有铁路勘测的数据采集方案和数据处理方法,利用地面三维激光扫描仪Surphaser 25HSX对测区长1 500 m的既有线按照试验施测方案进行了点云数据采集,并结合数据后处理软件Geomagic和Cyclone进行了点云预处理、点云配准及表面建模,提取实时线路中心线与原始航测底图进行对比分析,对试验数据做了精度分析。试验研究表明:采用合理的标靶设置和测站布设,三维激光扫描所得点云数据可满足既有线勘测设计需要,并且能提高获取原始数据的效率,保证了数据质量,降低了数据处理的复杂程度,测量方式更安全且信息丰富。     

BDS CORS在复杂山区铁路测量中的应用精度分析

北斗卫星导航系统(BDS)和连续运行参考站系统(CORS)的快速发展为我国铁路领域卫星定位测量工作提供了新的解决方案。为了研究基于铁路带状BDS CORS的测量技术在复杂山区铁路工程测量中应用的具体精度，本文在某复杂山区铁路沿线按30 km间距建设了铁路带状BDS CORS基准站网络，并部署了高精度位置服务云平台。分别采用基于BDS CORS的BDS单星座、全球定位系统(GPS)单星座和全球卫星导航系统(GNSS)多星座三种模式进行模拟长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、实时动态差分定位(NRTK)测量的数据采集和处理工作，并以铁路沿线原基础平面控制网(CPⅠ)、线路平面控制网(CPⅡ)成果进行对比。研究结果表明：按30 km间距布设铁路带状BDS CORS基准站时，基于BDS CORS的BDS、GPS和GNSS三种模式均可用于长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、NRTK测量，成果精度满足现行铁路测量规范的要求，可以代替传统方法进行测量作业。提出的部分精度指标可以为铁路工程建设各阶段BDS CORS建设及铁路测量应用相关规范的编写提供借鉴和参考。     

无人机LiDAR技术在山区铁路测绘中的应用

复杂山区铁路建设项目中,所涉及的区域一般自然环境恶劣,地形条件复杂,传统测绘手段难以获取满足设计精度要求的测绘资料。结合我国西部高海拔山区的某铁路勘测项目,根据工作区域、地形地貌等特点,提出基于北斗高精度区域定位的旋翼无人机多载荷仿地飞行方案,获取测区有效范围内高密度、高精度、高质量激光点云数据以及数码高清影像等数据资料,再对数据进行试验加工处理,形成各类测绘产品,满足勘察设计各专业对测绘资料精度需求,同时系统总结了适用于高海拔复杂地形、大高差、高寒缺氧等特殊环境下的无人机LiDAR测绘作业模式与技术手段,包括载荷性能指标、飞行航线指标、飞行平台指标、采集参数设置、内业数据处理详细步骤等。研究表明,在高海拔复杂山区作业环境下,充分利用无人机LiDAR机动灵活、环境适应能力强、数据精度高、仿地飞行等优势,可作为传统卫星影像测量、航空摄影测量等勘测技术的有效补充,在铁路勘察小范围精细化地形图制作、中线测量中具有得天独厚的优势,可以解决高海拔复杂山区铁路测绘难题。     

一种顾及数据区域的数字正射影像快速镶嵌与优化

为解决数字正射影像(DOM)镶嵌工作操作繁琐、自动化程度低等问题,提出一种顾及数字正射影像数据区域边界的镶嵌方法,具体步骤为:通过Freeman链码和分段最小二乘法拟合,对单片影像数据边界进行快速提取并矢量化,然后通过这些范围边界进行后续的影像镶嵌。通过空间矢量分析优化镶嵌网络,可有效避免无效背景对镶嵌工作的干扰,并通过算法设计,自动完成镶嵌的完整数据处理。选取某铁路定测项目航飞数字正射影像开展自动镶嵌和调绘片批量制作实验,结果表明,该方法能够有效提高数据处理效率,简化正射数据处理操作步骤,且人为操作工作量极小。     

数字航摄仪DMC在铁路航空摄影测量中的应用研究

DMC数字相机在路外已得到广泛的应用。结合铁路实际生产项目，利用DMC数字相机进行摄影，对摄影比例尺、控制点布设、作业流程、作业方法及加密成图的精度情况进行了分析比较。试验结果表明，DMC航空摄影分辨率高；加密作业的自动选点成功率较高，连接差小；用DMC相机航空摄影时，其摄影比例尺可放宽到传统摄影比例尺的1．5—2．0倍；控制点的布设可在传统布设方法的基础上降一个地形等级。