淺析機載激光雷達測量技術在鐵路勘測中的應用

白惠茹

摘? ? 要：針對鐵路勘探中應用的機載激光雷達測量技術，進行相關設計數據處理問題點分析，對比傳統航測技術，從中探討具體機載激光雷達測量技術數據處理效果。

關鍵詞：機載激光雷達測量技術;鐵路勘測;應用

作為一門整合激光測距技術、GPS差分技術以及IMU慣性測量技術的新型機載激光雷達測量技術。是由多種系統元件搭建到載體飛機上的，如GPS接收機、慣性導航系統以及激光掃描儀。激光掃描儀到地面的距離計算依據其實是結合向地面發(fā)射的激光脈沖，接收到從地面反射回來的反射脈沖，同一時間內進行時間的記錄，從而得到相對應的激光掃描儀到地面的距離。當然還可以借助POS系統測定定點位置以及姿態(tài)信息，由此而得到地面點的三維坐標，目前來看，最先進的三維航空遙感技術為機載激光雷達測量技術，該技術具備一定的植被穿透力，具有高精度、高效率等特點，同時還不用布置各種像控。機載激光雷達測量技術通過構建高精度的數字地面模型，以此來得到地面物體的精確三維坐標。因此將機載激光雷達測量技術應用到鐵路項目勘探中能夠全方位滿足高精度的線路縱橫斷面應用需求。

一、機載激光雷達測量技術數據處理關鍵問題

1.坐標、高程轉換

結合GPS差分技術的機載激光雷達測量技術，可以快速獲取地面物體的三維坐標，當然現階段大部分鐵路項目勘探的坐標系都應用國家坐標系或者地方坐標系。針對實際工作中機載激光雷達測量技術提供的以橢圓面為基準的大地高程，無法滿足鐵路項目勘測的大地水準面為基準的正常高程問題，適度進行定位結果坐標、高程轉換等，由此而得到更加精確的定位。比如可以在地面每50千米設置一個地面基準線，應用國家坐標系或者地方坐標系中的轉換參數控制點構建其地面基準站。不僅如此，還能充分結合GPS基線向量網，得到數據的約束平差，進一步得到轉換參數，轉換參數再進行坐標轉換。通常情況下，還會存在三參數轉換，所以這個時候就要應用兩個控制點，基于此將機載激光雷達測量技術應用其中，可以發(fā)揮出該技術特有的轉換參數的解算功能。高程轉換其實就是針對機載激光雷達測量技術中存在的數據點位高程異常情況下，同步做出的大地高控制的高程異常模型構建，適度整合不同地區(qū)的異常變化情況，適當的加大控制點的密度，具體的密度值要結合水準面變化。

2.“點云”數據分類

“點云”其實就是由機載激光雷達測量技術中大量密集的三維離散點數據中轉變而來的，當然“點云”數據中涵蓋著多種有效信息，如具有反射特征的植被、地面以及房屋等。后期的“點云”數據分類要適度結合其不同高度的地面、植被或者房屋等，盡可以剔除錯誤的“飛點”。可反射的地面物體遇到激光，就會被反射與接受，從而得到可記錄的三維屬性反射點，所以具體的激光點高程與周圍激光點的高程對比還是要依據“點云”數據分類原理來自動進行分類。當然此過程還需要借助人工干預，借助技術人員豐富的經驗，將其“點云”數據分離處理其低地面植被中。

二、機載激光雷達測量技術在鐵路勘測中的應用

1.制作DOM、DEM

數字正射影像DOM的制作可以借助與之匹配的激光“點云”數據，來達到精確的數據分類結果，從而確定其每一張像片的外方位元素，滿足具體的數字正射影像DOM的制作相機參數計算、影響鑲嵌等配準需求。應用機載激光雷達測量技術到數字正射影像DOM的制作中，可以發(fā)揮出分類判斷、建筑物提取功能的激光點云顯示出數據結果，得到數據分類結果后，就能直接將地面點數據輸出，從而進入到數字高程模塊中，保障其穩(wěn)定的數字正射影像DOM的制作。此外不要忘記結合多種高線形式保存完整的數字正射影像DOM，如可以借助不規(guī)則三角網、規(guī)則格網等、

2.繪制數字線劃圖DLG

其機載激光雷達測量技術應用優(yōu)勢為構建高精度的數字地面模型DEM以及制作數字正射影像DOM，得到高質量的三維設計要求。但是線路三維設計軟件還沒能完全落實到生產中，所以現階段大部分的鐵路施工設計還是應用數字線劃圖。機載激光雷達測量系統中應用的數碼相機并不是專業(yè)的航射相機，沒有較大幅面的相機，因此并不能繪制出大面積的數字線劃圖。基于此，應用到機載激光雷達測量技術，自動生成高程線，進行矢量化的數字地面模型DEM數字線劃圖的構建，從而得到高精度的等高線與高程點。自動均勻生成的高程點，可以契合除了局部位置外的大部分等高線，同時其等高線的精度還能滿足鐵路勘測設計的需求。針對具體的道路、管線等物體影響鐵路方案走向問題，可以借助數字地面模型DEM清晰標識其輪廓，得到調繪位置點。還能通過數字地面模型DEM明確其電桿位置，保證其矢量提取。

三、機載激光雷達測量技術與傳統航測技術對比分析

機載激光雷達測量技術與傳統航測技術對比分析，可以發(fā)現作為半主動式的數據獲取的機載激光雷達測量技術，可以借助激光得到一定的植被穿透能力。當然不僅僅是得到有效獲取的激光點云數據，同時還能方便技術人員的夜間作業(yè)。即不會過度依賴天氣，并能短時間內獲取到有效數據。當然，要是想要得到精確的影像數據，還是選擇天氣好的情況進行作業(yè)。其次由于機載激光雷達測量技術自帶POS技術，設置有多個地面GPS基準線，所以經過多種技術的數據處理，充分實現國家坐標系或者地方坐標系的大地高數據成果需求。另外機載激光雷達測量技術的高程轉換只需要借助野外控制點就能完成后期的攝影制圖工作，不需要結合其他外業(yè)工作。最后，具備高精度、高密度特點的機載激光雷達測量技術其點云數據，整體的鐵路勘測中縱、橫斷面提取效果十分明顯，即能夠達到高自動化、高精度、速度快等數據提取效果。結合這些機載激光雷達測量技術優(yōu)勢點開展相關的三維設計工作，提升機載激光雷達數據處理效果。機載激光雷達與鐵路設計協同生產其斷面，以斷面信息構建其數字高程模型，保證其斷面的高精度、可靠性。機載激光雷達測量技術與傳統航測技術對比，其自動化水平更高，可以降低技術人員的勞動強度。

結論

本文就結合機載激光雷達測量技術在鐵路勘測中的應用分析，針對實際的機載激光雷達測量技術應用特點，全方位應用到鐵路勘探中，由此來高效協同鐵路設計，充分提升鐵路勘測的自動化程度。

參考文獻：

[1]湯建鳳.鐵路地形圖建筑物的自動化提取方法研究[J].鐵道建筑技術，2019（3）.

[2]范傳輝，曹久立，吳成秋.工程測繪中激光雷達測繪技術的應用探析[J].工程技術研究，2018（6）.

[3]朱雪峰.基于機載激光雷達測量技術的鐵路勘測方法[J].測繪通報，No.465（12）.