浅析机载激光雷达测量技术在铁路勘测中的应用

白惠茹

摘    要：针对铁路勘探中应用的机载激光雷达测量技术，进行相关设计数据处理问题点分析，对比传统航测技术，从中探讨具体机载激光雷达测量技术数据处理效果。

关键词：机载激光雷达测量技术;铁路勘测;应用

作为一门整合激光测距技术、GPS差分技术以及IMU惯性测量技术的新型机载激光雷达测量技术。是由多种系统元件搭建到载体飞机上的，如GPS接收机、惯性導航系统以及激光扫描仪。激光扫描仪到地面的距离计算依据其实是结合向地面发射的激光脉冲，接收到从地面反射回来的反射脉冲，同一时间内进行时间的记录，从而得到相对应的激光扫描仪到地面的距离。当然还可以借助POS系统测定定点位置以及姿态信息，由此而得到地面点的三维坐标，目前来看，最先进的三维航空遥感技术为机载激光雷达测量技术，该技术具备一定的植被穿透力，具有高精度、高效率等特点，同时还不用布置各种像控。机载激光雷达测量技术通过构建高精度的数字地面模型，以此来得到地面物体的精确三维坐标。因此将机载激光雷达测量技术应用到铁路项目勘探中能够全方位满足高精度的线路纵横断面应用需求。

一、机载激光雷达测量技术数据处理关键问题

1.坐标、高程转换

结合GPS差分技术的机载激光雷达测量技术，可以快速获取地面物体的三维坐标，当然现阶段大部分铁路项目勘探的坐标系都应用国家坐标系或者地方坐标系。针对实际工作中机载激光雷达测量技术提供的以椭圆面为基准的大地高程，无法满足铁路项目勘测的大地水准面为基准的正常高程问题，适度进行定位结果坐标、高程转换等，由此而得到更加精确的定位。比如可以在地面每50千米设置一个地面基准线，应用国家坐标系或者地方坐标系中的转换参数控制点构建其地面基准站。不仅如此，还能充分结合GPS基线向量网，得到数据的约束平差，进一步得到转换参数，转换参数再进行坐标转换。通常情况下，还会存在三参数转换，所以这个时候就要应用两个控制点，基于此将机载激光雷达测量技术应用其中，可以发挥出该技术特有的转换参数的解算功能。高程转换其实就是针对机载激光雷达测量技术中存在的数据点位高程异常情况下，同步做出的大地高控制的高程异常模型构建，适度整合不同地区的异常变化情况，适当的加大控制点的密度，具体的密度值要结合水准面变化。

2.“点云”数据分类

“点云”其实就是由机载激光雷达测量技术中大量密集的三维离散点数据中转变而来的，当然“点云”数据中涵盖着多种有效信息，如具有反射特征的植被、地面以及房屋等。后期的“点云”数据分类要适度结合其不同高度的地面、植被或者房屋等，尽可以剔除错误的“飞点”。可反射的地面物体遇到激光，就会被反射与接受，从而得到可记录的三维属性反射点，所以具体的激光点高程与周围激光点的高程对比还是要依据“点云”数据分类原理来自动进行分类。当然此过程还需要借助人工干预，借助技术人员丰富的经验，将其“点云”数据分离处理其低地面植被中。

二、机载激光雷达测量技术在铁路勘测中的应用

1.制作DOM、DEM

数字正射影像DOM的制作可以借助与之匹配的激光“点云”数据，来达到精确的数据分类结果，从而确定其每一张像片的外方位元素，满足具体的数字正射影像DOM的制作相机参数计算、影响镶嵌等配准需求。应用机载激光雷达测量技术到数字正射影像DOM的制作中，可以发挥出分类判断、建筑物提取功能的激光点云显示出数据结果，得到数据分类结果后，就能直接将地面点数据输出，从而进入到数字高程模块中，保障其稳定的数字正射影像DOM的制作。此外不要忘记结合多种高线形式保存完整的数字正射影像DOM，如可以借助不规则三角网、规则格网等、

2.绘制数字线划图DLG

其机载激光雷达测量技术应用优势为构建高精度的数字地面模型DEM以及制作数字正射影像DOM，得到高质量的三维设计要求。但是线路三维设计软件还没能完全落实到生产中，所以现阶段大部分的铁路施工设计还是应用数字线划图。机载激光雷达测量系统中应用的数码相机并不是专业的航射相机，没有较大幅面的相机，因此并不能绘制出大面积的数字线划图。基于此，应用到机载激光雷达测量技术，自动生成高程线，进行矢量化的数字地面模型DEM数字线划图的构建，从而得到高精度的等高线与高程点。自动均匀生成的高程点，可以契合除了局部位置外的大部分等高线，同时其等高线的精度还能满足铁路勘测设计的需求。针对具体的道路、管线等物体影响铁路方案走向问题，可以借助数字地面模型DEM清晰标识其轮廓，得到调绘位置点。还能通过数字地面模型DEM明确其电杆位置，保证其矢量提取。

三、机载激光雷达测量技术与传统航测技术对比分析

机载激光雷达测量技术与传统航测技术对比分析，可以发现作为半主动式的数据获取的机载激光雷达测量技术，可以借助激光得到一定的植被穿透能力。当然不仅仅是得到有效获取的激光点云数据，同时还能方便技术人员的夜间作业。即不会过度依赖天气，并能短时间内获取到有效数据。当然，要是想要得到精确的影像数据，还是选择天气好的情况进行作业。其次由于机载激光雷达测量技术自带POS技术，设置有多个地面GPS基准线，所以经过多种技术的数据处理，充分实现国家坐标系或者地方坐标系的大地高数据成果需求。另外机载激光雷达测量技术的高程转换只需要借助野外控制点就能完成后期的摄影制图工作，不需要结合其他外业工作。最后，具备高精度、高密度特点的机载激光雷达测量技术其点云数据，整体的铁路勘测中纵、横断面提取效果十分明显，即能够达到高自动化、高精度、速度快等数据提取效果。结合这些机载激光雷达测量技术优势点开展相关的三维设计工作，提升机载激光雷达数据处理效果。机载激光雷达与铁路设计协同生产其断面，以断面信息构建其数字高程模型，保证其断面的高精度、可靠性。机载激光雷达测量技术与传统航测技术对比，其自动化水平更高，可以降低技术人员的劳动强度。

结论

本文就结合机载激光雷达测量技术在铁路勘测中的应用分析，针对实际的机载激光雷达测量技术应用特点，全方位应用到铁路勘探中，由此来高效协同铁路设计，充分提升铁路勘测的自动化程度。

参考文献：

[1]汤建凤.铁路地形图建筑物的自动化提取方法研究[J].铁道建筑技术，2019（3）.

[2]范传辉，曹久立，吴成秋.工程测绘中激光雷达测绘技术的应用探析[J].工程技术研究，2018（6）.

[3]朱雪峰.基于机载激光雷达测量技术的铁路勘测方法[J].测绘通报，No.465（12）.