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揭开激光雷达技术利于铁路数字化勘测的面纱

2019-04-01

机载激光雷达技术之前我们已经讲过，它是一种利用 GPS 和 IMU（惯性测量装置）定位的机载激光扫描测量技术。其生产流程分为几下几部：

1、用激光扫描仪对地面进行连续扫描，直接获取三维激光点云，应用分类技术移除建筑物、覆盖植物等测点，保留地表测点，即可获得数字高程模型（DEM）。

2、配合搭载数码相机所拍摄的高分辨率数码影像，进而生产数字线划图（DLG）。

机载激光雷达技术相比于传统的航空摄影测量技术优势突显，可大幅减少测量工序及人工观测制图的工作量，属于半主动式直接测量技术，采用高精度、高密度的 Lidar 点云数据提取纵横断面，具有自动化程度高、精度高、速度快等优势。同时，也有利于开展三维铁路线路设计工作。

激光LIDAR 技术是近年来应用越来越广泛的测量技术之一。由于可以快速高效获取三维场景的高精度、高密度点云数据，实现对复杂场景的高精度测量，适应了铁路数字化勘测的趋势。

昌景黄铁路项目概况

机载激光雷达包括外业数据采集和内页数据处理，其中内业是指依据航摄资料和外控资料生产铁路设计所需的数字地形图、数字正射影像和横纵断面。

新建昌景黄铁路起自江西省南昌市南昌东站，经上饶市、景德镇市，安徽省黄山市，终至黄山北站。正线全长约 286km，设站 9 座，预留乐平设站条件。同步新建南昌枢纽联络线约 29.1km 以及南昌枢纽、景德镇地区、黄山地区相关配套工程等。昌景黄定测阶段纵断面测量工作量为 214.5km，横断面测量达 4799 个。

机载 LIDAR 在昌景黄定测勘测中起到复核勘测成果资料和点云切断面的作用，一方面提高了勘测质量，另一方面节省了外业投入，对勘测工期也起到极大的促进作用，发挥了先进勘测技术在一线的优势。

相关勘察设计院将外业 GPS RTK、机载 LIDAR 和地面 LIDAR 实测横断面比对。选取的地段位于 DK136+960-DK137+040 共计 80m 范围，该段是丘陵地区，线路左侧为砍伐后几乎裸露的山体和开挖的阶梯，右侧上层为20m 左右高的松树、下层是 3m 左右高的杂木林，比较茂密，比对了DK136+960、DK136+980、DK137+000、DK137+020、DK137+040 计 5 个横断面（其DK136+960、DK136+980 地面 LIDAR 不具备置镜条件没有测，DK137+020 只测了左侧部分），比对结果如下：

一、两次的 GPS RTK 的数据比较接近（其中 DK136+960 左侧最后一个点第一次测量错误，DK136+980 因地质钻探开挖导致中线附近高程差值较大）；

二、机载 LIDAR 与 GPS RTK 实测断面的形状是吻合的，点与点比对，最大误差在 2m 左右，普遍稍高于 GPS RTK 实测地面线；

三、地面 LIDAR 与GPS RTK 实测断面个别地方误差比较大（4.4m），从勘测质量和测量进度上看，地面 LIDAR 在测量普通断面上都没有明显优势。

对隧道 1：500 地形进行了比对，选取了植被茂密、人迹罕至的DK153+100-DK153+200 对外业来说也是很困难的地方处进行比较，LIDAR 做的 1：500 地形图与外业 GPS RTK 吻合程度比较高，整体等高线更准确；

外业 GPS RTK 因受高程点范围影响，在地形图角落处（如DK153+100 右侧 50m），等高线的形状反而是错误的。

激光雷达在提高纵断面精度的方面清晰可见，同时避免了实测时的疏漏或误差，保证了勘测质量。

综上所述，昌景黄铁路定测中机载 Lidar 和 GPS RTK 实测纵横断面的对比，得出以下结论：

①机载 Lidar 和 GPS RTK 实测形状吻合，点与点的对比有一定误差，机载 lidar 的精度更高；

②在地形复杂、外业实测人员很难安全到达区域，机载 lidar 的优势更加明显，确保工作的正常展开同时对安全生产起到了保证作用。