淺析機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)在鐵路勘測中的應(yīng)用

白惠茹

摘? ? 要：針對鐵路勘探中應(yīng)用的機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)，進(jìn)行相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)處理問題點分析，對比傳統(tǒng)航測技術(shù)，從中探討具體機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)數(shù)據(jù)處理效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù);鐵路勘測;應(yīng)用

作為一門整合激光測距技術(shù)、GPS差分技術(shù)以及IMU慣性測量技術(shù)的新型機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)。是由多種系統(tǒng)元件搭建到載體飛機(jī)上的，如GPS接收機(jī)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及激光掃描儀。激光掃描儀到地面的距離計算依據(jù)其實是結(jié)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(nèi)進(jìn)行時間的記錄，從而得到相對應(yīng)的激光掃描儀到地面的距離。當(dāng)然還可以借助POS系統(tǒng)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(biāo)，目前來看，最先進(jìn)的三維航空遙感技術(shù)為機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)，該技術(shù)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(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)通過構(gòu)建高精度的數(shù)字地面模型，以此來得到地面物體的精確三維坐標(biāo)。因此將機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)應(yīng)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(yīng)用需求。

一、機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵問題

1.坐標(biāo)、高程轉(zhuǎn)換

結(jié)合GPS差分技術(shù)的機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)，可以快速獲取地面物體的三維坐標(biāo)，當(dāng)然現(xiàn)階段大部分鐵路項目勘探的坐標(biāo)系都應(yīng)用國家坐標(biāo)系或者地方坐標(biāo)系。針對實際工作中機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)提供的以橢圓面為基準(zhǔn)的大地高程，無法滿足鐵路項目勘測的大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的正常高程問題，適度進(jìn)行定位結(jié)果坐標(biāo)、高程轉(zhuǎn)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(shè)置一個地面基準(zhǔn)線，應(yīng)用國家坐標(biāo)系或者地方坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換參數(shù)控制點構(gòu)建其地面基準(zhǔn)站。不僅如此，還能充分結(jié)合GPS基線向量網(wǎng)，得到數(shù)據(jù)的約束平差，進(jìn)一步得到轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通常情況下，還會存在三參數(shù)轉(zhuǎn)換，所以這個時候就要應(yīng)用兩個控制點，基于此將機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)應(yīng)用其中，可以發(fā)揮出該技術(shù)特有的轉(zhuǎn)換參數(shù)的解算功能。高程轉(zhuǎn)換其實就是針對機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)中存在的數(shù)據(jù)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(gòu)建，適度整合不同地區(qū)的異常變化情況，適當(dāng)?shù)募哟罂刂泣c的密度，具體的密度值要結(jié)合水準(zhǔn)面變化。

2.“點云”數(shù)據(jù)分類

“點云”其實就是由機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)中大量密集的三維離散點數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)變而來的，當(dāng)然“點云”數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分類要適度結(jié)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(jù)“點云”數(shù)據(jù)分類原理來自動進(jìn)行分類。當(dāng)然此過程還需要借助人工干預(yù)，借助技術(shù)人員豐富的經(jīng)驗，將其“點云”數(shù)據(jù)分離處理其低地面植被中。

二、機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)在鐵路勘測中的應(yīng)用

1.制作DOM、DEM

數(shù)字正射影像DOM的制作可以借助與之匹配的激光“點云”數(shù)據(jù)，來達(dá)到精確的數(shù)據(jù)分類結(jié)果，從而確定其每一張像片的外方位元素，滿足具體的數(shù)字正射影像DOM的制作相機(jī)參數(shù)計算、影響鑲嵌等配準(zhǔn)需求。應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)到數(shù)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(shù)據(jù)結(jié)果，得到數(shù)據(jù)分類結(jié)果后，就能直接將地面點數(shù)據(jù)輸出，從而進(jìn)入到數(shù)字高程模塊中，保障其穩(wěn)定的數(shù)字正射影像DOM的制作。此外不要忘記結(jié)合多種高線形式保存完整的數(shù)字正射影像DOM，如可以借助不規(guī)則三角網(wǎng)、規(guī)則格網(wǎng)等、

2.繪制數(shù)字線劃圖DLG

其機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢為構(gòu)建高精度的數(shù)字地面模型DEM以及制作數(shù)字正射影像DOM，得到高質(zhì)量的三維設(shè)計要求。但是線路三維設(shè)計軟件還沒能完全落實到生產(chǎn)中，所以現(xiàn)階段大部分的鐵路施工設(shè)計還是應(yīng)用數(shù)字線劃圖。機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)中應(yīng)用的數(shù)碼相機(jī)并不是專業(yè)的航射相機(jī)，沒有較大幅面的相機(jī)，因此并不能繪制出大面積的數(shù)字線劃圖。基于此，應(yīng)用到機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)，自動生成高程線，進(jìn)行矢量化的數(shù)字地面模型DEM數(shù)字線劃圖的構(gòu)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(shè)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(shù)字地面模型DEM清晰標(biāo)識其輪廓，得到調(diào)繪位置點。還能通過數(shù)字地面模型DEM明確其電桿位置，保證其矢量提取。

三、機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)與傳統(tǒng)航測技術(shù)對比分析

機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)與傳統(tǒng)航測技術(shù)對比分析，可以發(fā)現(xiàn)作為半主動式的數(shù)據(jù)獲取的機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)，可以借助激光得到一定的植被穿透能力。當(dāng)然不僅僅是得到有效獲取的激光點云數(shù)據(jù)，同時還能方便技術(shù)人員的夜間作業(yè)。即不會過度依賴天氣，并能短時間內(nèi)獲取到有效數(shù)據(jù)。當(dāng)然，要是想要得到精確的影像數(shù)據(jù)，還是選擇天氣好的情況進(jìn)行作業(yè)。其次由于機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)自帶POS技術(shù)，設(shè)置有多個地面GPS基準(zhǔn)線，所以經(jīng)過多種技術(shù)的數(shù)據(jù)處理，充分實現(xiàn)國家坐標(biāo)系或者地方坐標(biāo)系的大地高數(shù)據(jù)成果需求。另外機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)的高程轉(zhuǎn)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(jié)合其他外業(yè)工作。最后，具備高精度、高密度特點的機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)其點云數(shù)據(jù)，整體的鐵路勘測中縱、橫斷面提取效果十分明顯，即能夠達(dá)到高自動化、高精度、速度快等數(shù)據(jù)提取效果。結(jié)合這些機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)優(yōu)勢點開展相關(guān)的三維設(shè)計工作，提升機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理效果。機(jī)載激光雷達(dá)與鐵路設(shè)計協(xié)同生產(chǎn)其斷面，以斷面信息構(gòu)建其數(shù)字高程模型，保證其斷面的高精度、可靠性。機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)與傳統(tǒng)航測技術(shù)對比，其自動化水平更高，可以降低技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度。

結(jié)論

本文就結(jié)合機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)在鐵路勘測中的應(yīng)用分析，針對實際的機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)應(yīng)用特點，全方位應(yīng)用到鐵路勘探中，由此來高效協(xié)同鐵路設(shè)計，充分提升鐵路勘測的自動化程度。

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