揭開激光雷達技術利于鐵路數字化勘測的面紗

發布日期：2019-04-01 22:31 瀏覽量：13396

機載激光雷達技術之前我們已經講過，它是一種利用 GPS 和 IMU（慣性測量裝置）定位的機載激光掃描測量技術。其生產流程分為幾下幾部：

1、用激光掃描儀對地面進行連續掃描，直接獲取三維激光點云，應用分類技術移除建筑物、覆蓋植物等測點，保留地表測點，即可獲得數字高程模型（DEM）。

2、配合搭載數碼相機所拍攝的高分辨率數碼影像，進而生產數字線劃圖（DLG）。

機載激光雷達技術相比于傳統的航空攝影測量技術優勢突顯，可大幅減少測量工序及人工觀測制圖的工作量，屬于半主動式直接測量技術，采用高精度、高密度的 Lidar 點云數據提取縱橫斷面，具有自動化程度高、精度高、速度快等優勢。同時，也有利于開展三維鐵路線路設計工作。

激光LIDAR 技術是近年來應用越來越廣泛的測量技術之一。由于可以快速高效獲取三維場景的高精度、高密度點云數據，實現對復雜場景的高精度測量，適應了鐵路數字化勘測的趨勢。

昌景黃鐵路項目概況

機載激光雷達包括外業數據采集和內頁數據處理，其中內業是指依據航攝資料和外控資料生產鐵路設計所需的數字地形圖、數字正射影像和橫縱斷面。

新建昌景黃鐵路起自江西省南昌市南昌東站，經上饒市、景德鎮市，安徽省黃山市，終至黃山北站。正線全長約 286km，設站 9 座，預留樂平設站條件。同步新建南昌樞紐聯絡線約 29.1km 以及南昌樞紐、景德鎮地區、黃山地區相關配套工程等。昌景黃定測階段縱斷面測量工作量為 214.5km，橫斷面測量達 4799 個。

機載 LIDAR 在昌景黃定測勘測中起到復核勘測成果資料和點云切斷面的作用，一方面提高了勘測質量，另一方面節省了外業投入，對勘測工期也起到極大的促進作用，發揮了先進勘測技術在一線的優勢。

相關勘察設計院將外業 GPS RTK、機載 LIDAR 和地面 LIDAR 實測橫斷面比對。選取的地段位于 DK136+960-DK137+040 共計 80m 范圍，該段是丘陵地區，線路左側為砍伐后幾乎裸露的山體和開挖的階梯，右側上層為20m 左右高的松樹、下層是 3m 左右高的雜木林，比較茂密，比對了DK136+960、DK136+980、DK137+000、DK137+020、DK137+040 計 5 個橫斷面（其DK136+960、DK136+980 地面 LIDAR 不具備置鏡條件沒有測，DK137+020 只測了左側部分），比對結果如下：

一、兩次的 GPS RTK 的數據比較接近（其中 DK136+960 左側最后一個點第一次測量錯誤，DK136+980 因地質鉆探開挖導致中線附近高程差值較大）；

二、機載 LIDAR 與 GPS RTK 實測斷面的形狀是吻合的，點與點比對，最大誤差在 2m 左右，普遍稍高于 GPS RTK 實測地面線；

三、地面 LIDAR 與GPS RTK 實測斷面個別地方誤差比較大（4.4m），從勘測質量和測量進度上看，地面 LIDAR 在測量普通斷面上都沒有明顯優勢。

對隧道 1：500 地形進行了比對，選取了植被茂密、人跡罕至的DK153+100-DK153+200 對外業來說也是很困難的地方處進行比較，LIDAR 做的 1：500 地形圖與外業 GPS RTK 吻合程度比較高，整體等高線更準確；

外業 GPS RTK 因受高程點范圍影響，在地形圖角落處（如DK153+100 右側 50m），等高線的形狀反而是錯誤的。

激光雷達在提高縱斷面精度的方面清晰可見，同時避免了實測時的疏漏或誤差，保證了勘測質量。

綜上所述，昌景黃鐵路定測中機載 Lidar 和 GPS RTK 實測縱橫斷面的對比，得出以下結論：

①機載 Lidar 和 GPS RTK 實測形狀吻合，點與點的對比有一定誤差，機載 lidar 的精度更高；

②在地形復雜、外業實測人員很難安全到達區域，機載 lidar 的優勢更加明顯，確保工作的正常展開同時對安全生產起到了保證作用。