新型測繪技術(shù)在鐵路用地圖繪制中的應(yīng)用

外 力

（鄭州鐵路局，河南 鄭州 450052）

新型測繪技術(shù)在鐵路用地圖繪制中的應(yīng)用

外 力

（鄭州鐵路局，河南 鄭州 450052）

通過鐵路用地現(xiàn)狀分析，提出了采用全解析數(shù)字化法測繪鐵路線路及其附屬設(shè)施，采用航測數(shù)字化法、激光點云法獲取其他地物、地貌，通過權(quán)屬資料分析、坐標系統(tǒng)變換、權(quán)屬界線轉(zhuǎn)繪，繪制鐵路用地圖。

鐵路；機載LiDAR；攝影測量；空三加密；三維實景

1 引 言

為解決鐵路用地管理存在的實際問題，將機載LiDAR與航空攝影、三維實景技術(shù)等新型測繪技術(shù)應(yīng)用到鐵路用地圖繪制中，可快速有效獲取鐵路沿線地物、地形數(shù)據(jù)；基于HeNCORS站定位技術(shù), 采用全解析數(shù)字化法測繪鐵路線路及附屬設(shè)施。這些新技術(shù)應(yīng)用對鐵路用地管理的技術(shù)進步起到有力的推動作用。

2 鐵路用地圖當(dāng)前現(xiàn)狀分析

鐵路用地圖是鐵路行業(yè)管理的重要圖件資料，是鐵路用地管理檔案的基礎(chǔ)資料。目前鐵路用地圖繪制中存在一些亟待解決的問題。

2.1 現(xiàn)存的歷史資料年代久遠

鐵路用地是指鐵路局及所屬單位依法取得使用權(quán)的土地，包括接收（新中國成立前、新中國成立后）、沿用（新中國成立后使用）、征用、劃撥的線路用地及其他鐵路設(shè)施用地、規(guī)劃留用用地?，F(xiàn)存部分權(quán)屬資料，因頻繁的翻閱 造成多處損壞，且地形地貌變化很大。

2.2 現(xiàn)行的鐵路用地管理資料權(quán)屬信息嚴重滯后

1986年國家頒布《土地管理法》后，大部分鐵路用地依法進行權(quán)屬登記。1992年以后各鐵路局對鐵路用地圖沒有進行過系統(tǒng)性的修、補、測，已有鐵路用地圖沒有任何地物、地貌、鐵路附屬設(shè)施及與權(quán)屬相關(guān)的要素，甚至有的地方還在使用新中國成立前的權(quán)屬資料。

2.3 現(xiàn)行的鐵路用地圖繪制技術(shù)手段落后，精度難以滿足使用要求

目前鐵路管理圖坐標系統(tǒng)各式各樣，比例尺一般為1∶10000～1∶500 ，界址點一般采用里程+支距表示，現(xiàn)場確認仍采用人工用皮尺測量定位，基準點誤差較大。隨著鐵路提速、擴能改造、曲改直和城鎮(zhèn)化改造等的進行，鐵路線路位置變化、地形地貌的變化等因素影響，原鐵路征地圖或管理圖成果已不能適應(yīng)鐵路用地管理需求。

3 鐵路用地圖繪制技術(shù)路線

為了改變鐵路用地圖繪制現(xiàn)狀，給鐵路運輸生產(chǎn)、建設(shè)和鐵路用地規(guī)劃、利用、權(quán)益維護提供基礎(chǔ)性資料，繪制具有現(xiàn)勢性和實效性的鐵路用地圖，建立準確的管理臺賬，實現(xiàn)鐵路用地的數(shù)字化、管理的信息化，近年來，鄭州鐵路局組織實施鐵路用地圖繪制工作，主要技術(shù)路線為：鐵路線路及附屬設(shè)施采用全解析數(shù)字化法測繪，其他地物、地貌采用航測數(shù)字化法、激光點云法獲取，通過權(quán)屬資料分析、坐標系統(tǒng)變換、權(quán)屬界線轉(zhuǎn)繪，制作鐵路用地圖。

4 新型測繪技術(shù)應(yīng)用

4.1 統(tǒng)一坐標系統(tǒng)和數(shù)據(jù)標準

鐵路用地歷史跨度長，種類繁多，分布分散，坐標系統(tǒng)多樣，有1954年北京坐標系、獨立坐標系、自由坐標系等，通過專業(yè)技術(shù)處理手段，統(tǒng)一歸算到1980年西安坐標系下。

各地各部門數(shù)據(jù)表示方法千差萬別，數(shù)據(jù)分類各自定義，缺少統(tǒng)一監(jiān)管。為實現(xiàn)標準化、規(guī)范化的鐵路用地信息化管理，按照《鐵路用地圖繪制管理辦法》的規(guī)定，自主制定了鐵路設(shè)施要素符號、線型及其尺寸，地形要素符號、線型；自主制定了實施細則、數(shù)據(jù)字典，涉及數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)分層、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性表定義、土地分類等。

4.2 自主研發(fā)數(shù)據(jù)編輯、權(quán)屬轉(zhuǎn)繪軟件

為快速高效地完成鐵路用地圖的繪制工作，單位自主研發(fā)了數(shù)據(jù)編輯、權(quán)屬轉(zhuǎn)繪軟件。①數(shù)據(jù)編輯模塊，對所有要素的圖層、顏色、符號、線型、屬性、字體等進行統(tǒng)一定制，保證了數(shù)據(jù)成果的正確性、一致性；②權(quán)屬編輯模塊，充分考慮斷鏈標、新舊資料更替前提下，校核橋涵的新舊里程，進行支距加里程、新舊里程換算、分段理論百米樁系數(shù)換算，自動化轉(zhuǎn)繪權(quán)屬界線。

數(shù)據(jù)編輯、分段理論百米樁系數(shù)換算等軟件模塊的應(yīng)用，有效避免了許多煩瑣的手工作業(yè)，減少了出錯概率，大大提高了工作效率。

4.3 機載激光雷達掃描和攝影技術(shù)應(yīng)用

機載激光雷達掃描和攝影技術(shù)應(yīng)用，可快速獲取激光點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，通過點云濾波、分類，快速制作數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)[1]。①利用專用軟件，對點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分塊、自動濾波和分類、手動精細濾波分類后，輸出滿足要求的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)；②數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、航攝影像數(shù)據(jù)及經(jīng)過相機檢校后的外方位元素數(shù)據(jù)，逐航片進行數(shù)字微分糾正，經(jīng)影像鑲嵌、調(diào)色、裁切后生成數(shù)字正射影像圖；③在立體模型上進行立體數(shù)據(jù)采集，外業(yè)調(diào)繪，內(nèi)業(yè)編輯，圖幅接邊，圖廓整飾，制作數(shù)字線劃圖，獲取鐵路沿線地物、地形數(shù)據(jù)。

4.4 空三加密技術(shù)應(yīng)用

利用空三加密技術(shù)，進行像點量測；運用INPHO攝影測量系統(tǒng)Match-AT模塊進行光束法區(qū)域網(wǎng)平差，解算加密點坐標，從而實現(xiàn)在立體模型上進行立體數(shù)據(jù)采集。①正確建立工程文件。INPHO攝影測量系統(tǒng)Match-AT模塊均通過系統(tǒng)核心ApplicationsMaster啟動，應(yīng)在工程編輯工具中正確設(shè)置相機參數(shù)、影像數(shù)據(jù)、外方位元素、地面控制點等參數(shù)信息。②INPHO攝影測量系統(tǒng)全自動進行空三加密的運算處理。

4.4.1 觀測定向

（1）相對定向：連接點上下視差中誤差不大于1/3個像素，最大殘差不大于2/3個像素（原始影像像素大?。?。

（2）模型連接較差：

△S≤0.03×m×10-3

△Z≤0.02×(m×f)/b×10-3

式中：

△S ：平面位置較差，單位為m

△Z ：高程較差，單位為m

m ：像片比例尺分母

f ：航攝儀焦距，單位為mm

b ：像片基線長度，單位為mm

空中三角測量加密控制點的平面、高程中誤差，以及絕對定向基本定向點殘差、多余控制點不符值、公共點較差等有關(guān)精度指標，應(yīng)滿足《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》之規(guī)定（表1）。

表1 絕對定向限差（單位：m 比例尺:1∶1000）

4.4.2 數(shù)字立體模型建立

采用全數(shù)字攝影測量工作站進行立體測量，原則上采用空三導(dǎo)入的方法建立數(shù)字立體模型。空三導(dǎo)入后必須對各種定向進行檢查，以消除系統(tǒng)和人眼視差并起到對加密成果的檢查作用，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時找出原因，否則不能進入下道工序作業(yè)。

內(nèi)定向：采用空三導(dǎo)入。

相對定向：必須采用自動相關(guān)方式進行相對定向，相對定向點數(shù)要均勻分布?；径ㄏ螯c殘差不得大于0.005 mm，多余點一般不得大于0.015 mm，最大不得大于0.020 mm。

絕對定向：根據(jù)控制片逐點判測控制點（空三導(dǎo)入時要逐點檢查控制點），待所有控制點精確測準之后，進行絕對定向計算。定向精度不得大于表2規(guī)定。

表2 絕對定向精度

4.5 HeNCORS技術(shù)應(yīng)用

利用河南省測繪地理信息局開發(fā)的連續(xù)、動態(tài)、高分辨率、高精度HeNCORS站技術(shù)，能夠快速、高效、準確地獲取測量要素的精確三維坐標，具有全天候、高精度、自動化等顯著特點。主要服務(wù)于機載激光雷達掃描系統(tǒng)的空間定位、鐵路用地基礎(chǔ)測繪的控制測量、局部地形測量、全線鐵路設(shè)施測量、權(quán)屬界址點測量。

4.6 三維實景技術(shù)應(yīng)用

基于機載激光雷達掃描、航攝技術(shù)，快速構(gòu)建高精度空間三維實景，實現(xiàn)實景瀏覽、地理信息提取、附屬信息加載、模型加載編輯、路徑動畫、空間數(shù)據(jù)分析等，重建周圍地形環(huán)境，掌握鐵路沿線整體信息，實時互動，把控全局，靈活指揮，合理調(diào)度。具體操作為：①利用機載LiDAR所獲取的點云數(shù)據(jù)濾波后生成數(shù)字高程模型，作為地形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②使用機載POS定位定向數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型對數(shù)字航片進行微分糾正，制作數(shù)字正射影像，作為紋理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；③把數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維地理信息系統(tǒng)中，經(jīng)過空間數(shù)據(jù)融合，創(chuàng)建有精確坐標信息的三維地形數(shù)據(jù)庫；④發(fā)布鐵路仿真三維實景，可實現(xiàn)實景瀏覽、地理信息提取、附屬信息加載、模型加載編輯、路徑動畫、空間數(shù)據(jù)分析等功能，對鐵路用地管理的技術(shù)進步起到有力的推動作用[2]。

5 鐵路用地專題圖繪制

鐵路用地專題圖包括地籍、地形、鐵路線路及其設(shè)施等圖形要素，對鐵路干線、支線等線路的鐵路用地進行實地測量繪制，初步建立車站、區(qū)間、獨立地塊1∶2000鐵路用地成果圖及數(shù)據(jù)庫，并通過宗地坐標冊生成，宗地面積匯總統(tǒng)計，圖幅拼接、整飾，形成完整的鐵路用地專題圖。

5.1 宗地面積計算、匯總統(tǒng)計

（1）利用軟件功能，自動進行宗地面積計算，生成界址點成果表；宗地面積計算以宗地為單位，以轉(zhuǎn)繪的界址點坐標為依據(jù)進行面積計算；界址點坐標取位至0.001m，界址邊長取位至0.01m，面積取位至0.001m2。

（2）以縣為單位，進行宗地面積匯總，面積匯總由軟件自動生成，并輸出打印后以街道為單位進行裝訂。

5.2 圖幅拼接、整飾

（1）車站、區(qū)間用地圖圖幅寬度采用420mm、594mm或841mm，長度不限。車站用地圖一般每個車站為一幅圖。獨立地塊用地圖一般不分幅，圖幅尺寸可選用A0、A1、A2、A3或A4。

（2）鐵路獨立地塊用地圖一般以坐標系統(tǒng)的正北方向進行圖幅編輯、整飾；車站、區(qū)間用地圖以線路下行線里程增長方向進行圖幅編輯、整飾。

（3）鐵路車站、區(qū)間線路圖，在圖幅寬度一定的情況下，需對圖幅裁切、視圖擺動角度、拼接，使線路為左右方向，圖內(nèi)一般注記也以線路為準進行旋轉(zhuǎn)。

（4）中心里程、里程、界址點號、公里樁、百米樁等專用注記垂直基準線字頭朝左。

（5）車站用地圖以車站名稱為圖名，區(qū)間用地圖以區(qū)間名稱為圖名，獨立地塊以宗地名稱或該宗地主要使用單位名稱為圖名。

（6）鐵路用地圖內(nèi)增繪指北針、坐標方格網(wǎng)、埋石控制點以及圖幅拼接線。注記圖幅四角附近的坐標方格網(wǎng)坐標值。圖幅拼接線注記線路里程。

（7）鐵路用地圖左下角注記內(nèi)容：

2010年×月采用數(shù)字測量法成圖；1980西安坐標系；1985國家高程基準，等高距×米；鐵路用地圖圖式。

（8）用地圖右側(cè)繪制界址點成果表，右下角繪制標題欄。

（9）整飾后的鐵路用地圖符合《鐵路用地圖繪制管理辦法》中的相關(guān)要求。

5.3 專題圖輸出

編輯完整的鐵路用地專題圖，在院級檢查成果合格后，選定好圖紙寬度，由繪圖儀以1∶2000比例尺進行圖形輸出。

6 結(jié)束語

總之，鐵路用地圖是鐵路企業(yè)維護權(quán)益的重要基礎(chǔ)資料，能夠真實反映鐵路歷史沿革，用地圖繪制技術(shù)影響深遠。機載LiDAR與航空攝影技術(shù)、空三加密技術(shù)、HeNCORS站定位技術(shù)、三維實景技術(shù)等新型測繪技術(shù)立足應(yīng)用實際，推進鐵路用地高精度快速化繪制，為鐵路技改、補測等日常管理工作提供底圖和技術(shù)支撐，為鐵路局建設(shè)發(fā)展、綜合開發(fā)提供嚴謹、高效服務(wù)，提升鐵路用地信息化管理水平，創(chuàng)新鐵路用地可視化技術(shù)手段。

[1]周云．高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)與LIDAR數(shù)據(jù)在鐵路勘測設(shè)計中的深度應(yīng)用[J]．鐵道勘察,2012,38(1)：5-8．

[2]趙蓮．三維數(shù)字鐵路用地管理系統(tǒng) [J]． 魅力中國, 2016,46．

外力(1969—),男，維吾爾族，工程師，從事土地管理工作。E-mail：wlul1020@163.com