航測(cè)法測(cè)繪橫斷面在平原河網(wǎng)化地區(qū)新建鐵路中的應(yīng)用

馬偉東 祝建農(nóng)

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

在鐵路新線(xiàn)定測(cè)階段，橫斷面測(cè)量一直采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)人工實(shí)測(cè)方法，特別在特殊工點(diǎn)地段，還需對(duì)斷面進(jìn)行加寬加密，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，而且勘測(cè)周期長(zhǎng)、勘測(cè)成本高，直接影響勘測(cè)設(shè)計(jì)的工期。

新建鐵路寧啟線(xiàn)南通東至啟東段位于長(zhǎng)江下游，沿線(xiàn)公路網(wǎng)發(fā)達(dá)，河網(wǎng)溝渠密布，水塘眾多，具有典型的平原河網(wǎng)化地區(qū)特征，在2010年定測(cè)中，開(kāi)展了航測(cè)法測(cè)繪橫斷面的研究工作。航測(cè)法測(cè)繪橫斷面的方法就是利用初測(cè)已有的1：2000數(shù)字地形模型，在外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)中線(xiàn)樁高程調(diào)整立體模型以提高高程精度，按照中線(xiàn)位置提取斷面。試驗(yàn)表明，采用航測(cè)法測(cè)繪橫斷面，不但可以大大減少野外勘測(cè)工作量，節(jié)約勘測(cè)成本，還可以不受時(shí)間、氣候、環(huán)境等條件的影響。用航測(cè)方法測(cè)繪的線(xiàn)路橫斷面，與外業(yè)實(shí)測(cè)的橫斷面相比精度更高、更可靠，基本滿(mǎn)足了鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況

新建鐵路寧啟線(xiàn)南通東至啟東段位于江蘇省南通市境內(nèi)，長(zhǎng)江北岸，基本呈東西走向，西接既有寧啟鐵路南通東站，途經(jīng)海門(mén)、啟東，東至規(guī)劃的啟東呂四港，是寧啟鐵路的東延伸段，新建線(xiàn)路全長(zhǎng)約93 km。沿線(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口稠密，人口密度905人/km2，是全國(guó)人口密度的6.6倍、全省的1.2倍。地貌為長(zhǎng)江下游沖海積平原，地形平坦、開(kāi)闊，地面高程一般在1.5～3.5m之間，廣泛分布軟土。沿線(xiàn)多為水田、河渠、水塘、道路等，河流密布，公路及水路交通發(fā)達(dá)，為典型的平原河網(wǎng)化地區(qū)。

2 航測(cè)法測(cè)繪橫斷面試驗(yàn)方法及結(jié)果

初測(cè)階段，在線(xiàn)路方案確定后進(jìn)行航攝，航攝比例尺根據(jù)規(guī)范要求可選用1：8000～1：12000，以滿(mǎn)足建立1：2000數(shù)字地形圖的精度要求。據(jù)王智等在鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)試驗(yàn)研究，選用1：8000的攝影比例是比較經(jīng)濟(jì)的，既滿(mǎn)足1：2000航測(cè)成圖的需要，又勝任斷面圖的測(cè)繪，性?xún)r(jià)比最高。本次航攝比例尺為1：10000～1：11000，已滿(mǎn)足1：2000數(shù)字地形圖的精度要求。對(duì)橫斷面來(lái)說(shuō)，雖已達(dá)到定測(cè)的精度，但是還存在內(nèi)業(yè)高程誤差。定測(cè)中充分利用初測(cè)階段已建立的全線(xiàn)1：2000數(shù)字地形模型及由數(shù)模產(chǎn)生的該線(xiàn)路方案縱、橫斷面的地面線(xiàn)，將外業(yè)中樁高程與航測(cè)內(nèi)業(yè)高程進(jìn)行對(duì)比，量取和分析兩者的差值，剔除外業(yè)誤差。采用外業(yè)中樁高程代替航測(cè)內(nèi)業(yè)高程，對(duì)地形模型進(jìn)行修正，然后根據(jù)路基和站場(chǎng)在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)后提交的斷面里程和斷面兩側(cè)寬度，在室內(nèi)相應(yīng)采集縱、橫斷面數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換成CAD圖形，完成橫斷面的編輯工作。

3 測(cè)量結(jié)果精度分析和存在問(wèn)題

按照《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》5.8.3規(guī)定:采用航測(cè)法測(cè)量橫斷面，應(yīng)執(zhí)行鐵道部現(xiàn)行《鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范》(TB10050)的規(guī)定，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)。斷面點(diǎn)距離限差為±0.3m，高差限差為±0.35m。

為了分析航測(cè)法測(cè)繪的精度，本次定測(cè)中抽檢113個(gè)橫斷面對(duì)航測(cè)法測(cè)繪和外業(yè)實(shí)測(cè)進(jìn)行了比較和分析。

3.1 中樁高程精度分析

因線(xiàn)路中樁不是明顯地物點(diǎn)，在像片上的辨認(rèn)精度不高，無(wú)法統(tǒng)計(jì)航測(cè)法量測(cè)的中樁平面誤差，但航測(cè)法量測(cè)的中樁平面誤差，最終會(huì)反映在中樁高程誤差上。用全站儀外業(yè)測(cè)量的中樁高程與航測(cè)內(nèi)業(yè)高程的差值比較見(jiàn)表1。

表1 外業(yè)中樁高程與航測(cè)內(nèi)業(yè)高程的比較

由表1可知，在平原河網(wǎng)化地區(qū)，溝渠密布，大多線(xiàn)路中樁位于溝坎或者塘低，用航測(cè)法量測(cè)的中樁高程，難以達(dá)到定測(cè)的要求，所以可用外業(yè)定測(cè)中樁高程代替航測(cè)中樁高程，而保留航測(cè)橫斷面上各測(cè)點(diǎn)與樁的距離和高差關(guān)系。即航測(cè)法橫斷面中樁高程平移到外業(yè)中樁高程上，使得航測(cè)橫斷面中樁高程與外業(yè)勘測(cè)的中樁高程一致。

3.2 平面精度分析

用航測(cè)法測(cè)繪的橫斷面與全站儀外業(yè)實(shí)測(cè)的橫斷面高程較差列表，精度統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表2。

表2 外業(yè)勘測(cè)與航測(cè)成果的比較

(2)外業(yè)中樁點(diǎn)里程和高程由線(xiàn)路專(zhuān)業(yè)提供;航測(cè)根據(jù)提供的中樁表采集斷面。

比較結(jié)果:誤差小于0.35m的斷面?zhèn)€數(shù)占總數(shù)的84%，誤差在0.35～0.5m的斷面?zhèn)€數(shù)占總數(shù)的12%，誤差大于0.5m的斷面?zhèn)€數(shù)僅為4%，其原因大部分為外業(yè)勘測(cè)平面偏移造成，個(gè)別由攝影質(zhì)量和地表植被影響。

根據(jù)外業(yè)實(shí)測(cè)與航測(cè)所繪成的橫斷面進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高程較差大于0.35以上的點(diǎn)大多數(shù)位于溝渠上，因很小的平面誤差就可引起較大的高程誤差。隨著距離的增大，高程較差越大，比如站場(chǎng)斷面需測(cè)繪的寬度比較寬，高程較差也隨之增大。

3.3 存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)資料，采用航測(cè)法測(cè)繪橫斷面可能存在以下問(wèn)題:

(1)航拍間隔時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，否則由于人工的開(kāi)墾或暴雨的沖刷，定測(cè)時(shí)地表已發(fā)生較大變化，用航測(cè)法測(cè)繪的橫斷面不符合現(xiàn)場(chǎng)情況而無(wú)法使用。

(2)密林、植被茂盛以及溝渠等地區(qū)，影響航測(cè)法測(cè)量精度。隱蔽溝底、陰影遮擋等攝影死角，航測(cè)法不能測(cè)繪。

(3)水下河床斷面、沿河或水網(wǎng)地區(qū)的半地上半水下斷面等特殊工點(diǎn)要求的斷面，用航測(cè)法不能測(cè)繪。

4 修正處理

在定測(cè)階段采用航測(cè)法測(cè)繪橫斷面，主要利用初測(cè)已有的航測(cè)資料(1：2000數(shù)字地形模型)，受攝影比例尺限制，同時(shí)受地表植被和攝影質(zhì)量等影響較大，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量隱蔽地區(qū)地面點(diǎn)，所以《鐵路工程測(cè)量規(guī)范》要求除應(yīng)執(zhí)行鐵道部現(xiàn)行《鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范》相關(guān)規(guī)定外，還必須對(duì)橫斷面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)、補(bǔ)測(cè)修正。

本次定測(cè)中利用的航測(cè)資料為2009年下半年航攝，間隔時(shí)間不到一年，地表地形地物等基本無(wú)變化。用航測(cè)法在平原河網(wǎng)化地區(qū)測(cè)繪橫斷面，經(jīng)驗(yàn)證能滿(mǎn)足新建鐵路測(cè)繪橫斷面圖和土石方數(shù)量計(jì)算的要求;但平原河網(wǎng)化地區(qū)不同于山區(qū)，沒(méi)有山區(qū)復(fù)雜的地形地質(zhì)，具有地形平坦，地質(zhì)條件單一，沿線(xiàn)多為水田、水塘、道路等，河流密布，溝渠眾多，尤其在海門(mén)—啟東站之間，南北縱向溝渠平均每公里15處左右，所以采用航測(cè)法測(cè)繪橫斷面時(shí)，線(xiàn)路中樁兩側(cè)的溝渠、水塘和河流反映不出水深及淤泥深度，需在橫斷面圖上標(biāo)注“需實(shí)測(cè)地段”，由勘測(cè)隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地補(bǔ)測(cè)修正，測(cè)量溝渠及水塘的水深，以修正橫斷面。致使補(bǔ)測(cè)工作量比較大，但與外業(yè)實(shí)測(cè)橫斷面相比，具有精度高，效率快的特點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)研究表明，在平原河網(wǎng)化地區(qū)，用航測(cè)方法測(cè)繪的線(xiàn)路橫斷面，滿(mǎn)足精度要求的占84%，與外業(yè)實(shí)測(cè)的橫斷面相比精度更高，更可靠，基本滿(mǎn)足鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)要求。但受攝影比例尺、攝影質(zhì)量及地表植被的影響，從而影響了航測(cè)法的精度。目前航攝比例尺一般為1：8000～1：10000，在條件許可的情況下，可通過(guò)提高攝影比例尺來(lái)提高航測(cè)方法測(cè)繪橫斷面的精度。

用航測(cè)方法測(cè)繪橫斷面，無(wú)論在降低成本、縮短外業(yè)勘測(cè)周期和提高橫斷面精度等方面，都具有里程碑式的意義。近幾年，隨著鐵路跨越式發(fā)展，用航測(cè)技術(shù)測(cè)繪橫斷面圖和工點(diǎn)地形圖，已越來(lái)越多的應(yīng)用于新線(xiàn)勘測(cè)設(shè)計(jì)中。采用航測(cè)法測(cè)繪橫斷面對(duì)提升鐵路勘測(cè)技術(shù)進(jìn)步、加快鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化具有重要意義，必將在今后鐵路新線(xiàn)的外業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。

［1］中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路寧啟線(xiàn)南通東至啟東段可行性研究［R］.上海:中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010(4)

［2］中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路寧啟線(xiàn)南通東至啟東段初步設(shè)計(jì)［R］.上海:中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010(11)

［3］TB10101—2009 鐵路工程測(cè)量規(guī)范［S］

［4］TB10050—1997 鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范［S］

［5］李平蒼，王長(zhǎng)進(jìn).航測(cè)方法測(cè)繪橫斷面的要點(diǎn)［J］.鐵道勘察，2006(2):20-21

［6］王智.用航測(cè)方法測(cè)繪數(shù)字化橫斷面的研究［J］.測(cè)繪通報(bào)，2004(4):24-27

［7］盧建康，王智.用航測(cè)法測(cè)繪鐵路工點(diǎn)地形圖和橫斷面圖［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(增刊):127-134

［8］祝建農(nóng)，郭也清，等.平原河網(wǎng)化地區(qū)新建鐵路建設(shè)方案及選線(xiàn)探討［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(11):1-5