揭開激光雷達(dá)技術(shù)利于鐵路數(shù)字化勘測的面紗

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

1、用激光掃描儀對地面進(jìn)行連續(xù)掃描，直接獲取三維激光點(diǎn)云，應(yīng)用分類技術(shù)移除建筑物、覆蓋植物等測點(diǎn)，保留地表測點(diǎn)，即可獲得數(shù)字高程模型（DEM）。

2、配合搭載數(shù)碼相機(jī)所拍攝的高分辨率數(shù)碼影像，進(jìn)而生產(chǎn)數(shù)字線劃圖（DLG）。

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)相比于傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)優(yōu)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(dòng)式直接測量技術(shù)，采用高精度、高密度的 Lidar 點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取縱橫斷面，具有自動(dòng)化程度高、精度高、速度快等優(yōu)勢。同時(shí)，也有利于開展三維鐵路線路設(shè)計(jì)工作。

激光LIDAR 技術(shù)是近年來應(yīng)用越來越廣泛的測量技術(shù)之一。由于可以快速高效獲取三維場景的高精度、高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜場景的高精度測量，適應(yīng)了鐵路數(shù)字化勘測的趨勢。

昌景黃鐵路項(xiàng)目概況

機(jī)載激光雷達(dá)包括外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)頁數(shù)據(jù)處理，其中內(nèi)業(yè)是指依據(jù)航攝資料和外控資料生產(chǎn)鐵路設(shè)計(jì)所需的數(shù)字地形圖、數(shù)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(jīng)上饒市、景德鎮(zhèn)市，安徽省黃山市，終至黃山北站。正線全長約 286km，設(shè)站 9 座，預(yù)留樂平設(shè)站條件。同步新建南昌樞紐聯(lián)絡(luò)線約 29.1km 以及南昌樞紐、景德鎮(zhèn)地區(qū)、黃山地區(qū)相關(guān)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(dá) 4799 個(gè)。

機(jī)載 LIDAR 在昌景黃定測勘測中起到復(fù)核勘測成果資料和點(diǎn)云切斷面的作用，一方面提高了勘測質(zhì)量，另一方面節(jié)省了外業(yè)投入，對勘測工期也起到極大的促進(jìn)作用，發(fā)揮了先進(jìn)勘測技術(shù)在一線的優(yōu)勢。

相關(guān)勘察設(shè)計(jì)院將外業(yè) GPS RTK、機(jī)載 LIDAR 和地面 LIDAR 實(shí)測橫斷面比對。選取的地段位于 DK136+960-DK137+040 共計(jì) 80m 范圍，該段是丘陵地區(qū)，線路左側(cè)為砍伐后幾乎裸露的山體和開挖的階梯，右側(cè)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(jì) 5 個(gè)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(cè)部分），比對結(jié)果如下： 

一、兩次的 GPS RTK 的數(shù)據(jù)比較接近（其中 DK136+960 左側(cè)最后一個(gè)點(diǎn)第一次測量錯(cuò)誤，DK136+980 因地質(zhì)鉆探開挖導(dǎo)致中線附近高程差值較大）；

二、機(jī)載 LIDAR 與 GPS RTK 實(shí)測斷面的形狀是吻合的，點(diǎn)與點(diǎn)比對，最大誤差在 2m 左右，普遍稍高于 GPS RTK 實(shí)測地面線；

三、地面 LIDAR 與GPS RTK 實(shí)測斷面?zhèn)€別地方誤差比較大（4.4m），從勘測質(zhì)量和測量進(jìn)度上看，地面 LIDAR 在測量普通斷面上都沒有明顯優(yōu)勢。

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

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

激光雷達(dá)在提高縱斷面精度的方面清晰可見，同時(shí)避免了實(shí)測時(shí)的疏漏或誤差，保證了勘測質(zhì)量。

綜上所述，昌景黃鐵路定測中機(jī)載 Lidar 和 GPS RTK 實(shí)測縱橫斷面的對比，得出以下結(jié)論：

①機(jī)載 Lidar 和 GPS RTK 實(shí)測形狀吻合，點(diǎn)與點(diǎn)的對比有一定誤差，機(jī)載 lidar 的精度更高；

②在地形復(fù)雜、外業(yè)實(shí)測人員很難安全到達(dá)區(qū)域，機(jī)載 lidar 的優(yōu)勢更加明顯，確保工作的正常展開同時(shí)對安全生產(chǎn)起到了保證作用。

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