无人机航测工程应用 | 如何全生命周期赋能铁路建设?
近年来,无人机航测技术快速发展,成为重要的信息采集手段。在工程建设领域,从勘测设计、建设施工到交付运营,无人机提供重要的数据支撑。
中国铁路设计集团有限公司测绘院采用大疆行业无人机等新兴产品。并通过自主研发管理平台,开展铁路工程全线综合巡查。从施工前、施工中、施工后,全生命周期赋能铁路工程建设。
【施工前】土地征拆:测量面积及确认土地属性
铁路正式施工前,须先进行征地拆迁。采用传统方式进行区域征拆现状调查,不仅成本高、速度慢,且在调绘过程中容易产生纠纷,影响工程进度。而无人机采集效率是人工的 10 倍以上,可高效获取实景三维模型,模型作为征拆依据,更具客观性,可信度高。
在铁路定测后,利用经纬 M300 RTK 搭载全画幅相机 禅思 P1 或倾斜相机进行用地界范围实景三维数据获取,采集区域覆盖包括中线两侧各 100m范围,影像分辨率(GSD)不低于 5cm。最终铁路部门通过数字模型与现场调查相结合的方式,确认征迁土地的相关属性。
实景三维征拆管理
横纵断面测量:快速获取断面地形高程点数据
横纵断面测量是工程勘察设计中一种常见测量可用于设计线路横断面的形状、计算坡度、计算土石方量、放样边坡和布置各种构筑物。
需要人工采用 RTK而传统的横纵断面勘测,全站仪等仪器测量每一个点,费时费力且精度难以达到要求。加上铁路多穿行于山间盆地和河谷地带,使用传统测量仪器难度巨大,人工深入场地作业危险系数高。
以经纬M300 RTK、Mavic 3E 为代表的测绘型无人机,可高效、免像控获取高精度的地形数据。基于数字正射影像、数字表面模型、实景三维模型、激光点云数据等无人机航测结果,快速提取工程建设所需的横断面地形高程点数据。
横断面截取
【施工中】土石方量测量:多期三维模型对比分析变化
土石方量测量是工程施工的一个重要步骤,由于直接关系到工程成本的费用,因此对其高程精度测绘要求极高。而传统的土石方测量,测量点密度低、特征地形表示不明显,导致外业效率低工作量大。
采用大疆经纬 M300 RTK 搭载禅思 L1 进行激光雷达点云数据采集,能够获取高密度测量点,快速获取现场数据,大幅提升士石方测量效率和精度。基于多期三维模型对比,还可自动分析挖掘填充量变化,计算开挖及回填材料体积。
挖掘填充量变化分析
施工监理:无人机高空无死角监测
铁路工程具有范围广和工期长的特点,对施工进度的监控、对沿线环境影响的管理,是重点工作。
大疆无人机机动灵活,搭载变焦相机、热成像相机,动态掌握工地状况,全面管理施工进度。此外,利用视频空间融合技术,将无人机拍摄的视频与数字底图进行叠加,从而实现视频信息与真实位置的精准对应。
无人机拍摄的视频与数字底图叠加
同时,利用 AI 技术将视频中的关键信息进行自动化提取,实现对整体施工进度中关键信息的快速识别,提升整体巡视效率。
多期视频智能同步对比
针对施工中的排污问题,无人机对拌合站、板场、梁场大临设施进行全天候监控,快速精准对污水偷排、违法排沙、漏排等行为进行巡查,对发现的问题打点定位,便于工作人员及时处理。
【施工后】工程实景三维:回多角度”航线精细化建模
铁路工程竣工后,为了将工程现场的整体面貌进行数字化管理,有效辅助工程运营维护工作,面向铁路主体工程的精细化三维模型必不可少。
但是,根据《铁路安全管理条例》规定,铁路周边 500 米范围内禁飞无人机。普通的五向倾斜摄影或正射影像航线,无人机需穿越铁路正上方无法适用于运行铁路的三维重建。
中国铁路设计集团有限公司测绘院基于大疆无人机开放的航线格式,自主研发了针对铁路的“无人机回旋多角度”航线任务: 将铁路安全区设置为限飞区域,规划铁路两侧的多角度航线任务有效解决铁路主体工程的精细化建模问题。
“无人机回旋多角度航线任务”铁路航线示意图
精细化建模
养护巡检:精准拍摄自动化巡查设施
在铁路日常运营中,需经常性对桥梁等设备进行保养、维修,预防和修复灾害性损坏。但由于铁路工程结构复杂,巡查工作量大。
基于铁路工程实景三维模型,大疆无人机对作业范围、线路、飞行高度、重叠度、飞行速度、相机姿态角度等进行固化,确定巡查重点区域目标,标注重点信息。固定航线后,利用可见光变焦镜头对工程精细结构进行精准拍摄,分析对比数据,快速发现问题。
线缆槽盖板塌陷
水泥板开裂
值得一提的是,无人机拍摄画面可实时同步至云端,工作人员在电脑、手机等多个终端实时查看信息,而拍摄的照片、视频将自动存档,作为可视化验收或巡检成果展示。
可实时查看数据成果
危岩勘测:高精度模型监测、评估危险系数
在山区铁路中,危岩落石是威胁行车安全的一个主要因素,因此,对危岩进行测量预警至关重要。
中国铁路设计集团有限公司测绘院自研“危岩落石分析系统”,利用隧道洞口和路基高边坡区域高精度三维实景数据,监测危岩落石。通过定量分析,可计算危岩的质心、体积、和倾向倾角等信息。根据危岩参数和精确的数字地表模型,构建滚落轨迹估算模型,对滚落轨迹和冲击能力进行模拟、估算,有效评估危岩危险系数。
危岩识别
在东部某铁路项目进行危岩落石整治应用中,工作人员通过无人机发现危岩落石共39处,大大提高整治的效率,降低了巡线人员山区作业难度和危险系数。
无人机航测技术应用于铁路建设,全面提升工程建设数字化水平,为设计、施工、运营提供重要的信息支撑。而对于铁路工程中的重复性测量和巡检作业,亚需一套全自动化的解决方案。
去年,大疆机场应运而生,7* 24 小时无人值守方案,为行业带来全新的作业模式。无需人员抵达现场,大疆机场全自动完成作业,可广泛应用于工程建设管理、日常安全巡查、防洪专项巡查、危岩落石监测、交通保护区巡查等方面。未来,大疆行业将持续打造更智能化的解决方案用科技推动工程建设航测的转型升级。