Li DAR技術在鐵路邊坡監測中的應用研究

陳鼎，李文

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽421002）

1 引言

激光雷達按照運載平臺不同，分為以下類型：機載、車載以及地面LiDAR，這3種類型的LiDAR測量技術在鐵路管理建設中邊坡監測應用方面具有不同應用方向。

2 Li DAR技術在鐵路邊坡監測中的應用

2.1 機載Li DAR技術

機載LiDAR技術適合于大范圍、長距離的測量。因此，該技術更適合于大范圍鐵路網或長距離高速鐵路邊坡監測的應用。其應用主要體現如下幾點：

1）搭建鐵路安全管理運營平臺。利用機載LiDAR技術獲取大范圍鐵路網的激光點云和影像數據（見圖1），在這些高精度數字地形模型、高清晰正射影像數據及道路設施模型等成果數據的基礎上搭建鐵路安全管理運維系統，從而實現鐵路的直觀高效管理。

圖1鐵路邊坡提取圖

2）鐵路邊坡安全評估和監控。基于LiDAR的高精度數字地形模型，可非常容易地獲取路面平整度與邊坡傾斜度等信息（見圖2），對鐵路沿線易于發生的沉降、泥石流、塌方、滑坡等災害進行有效監控[1]。定期對鐵路網進行有針對性的飛行，尤其對于暴雨期間，機載LiDAR是大范圍快速滑坡監測的最佳手段。

圖2鐵路三維可視化塌方監測

3）泥石流、滑坡災害、塌方等鐵路相關災害的應急災害評估。一旦發生災害后，可及時有效地對災害進行評估。災害面積、堆積土方量。依靠受災前后獲取的高精度DEM進行比較，可快速有效地獲取準確的滑坡、泥石流、塌方等較詳細的災害信息。

4）為鐵路的改擴建和優化提供基礎數據。優點：安全有效、大范圍監測、精度高、監測效率高。受天氣影響較小。缺點：成本相對較高。邊坡細微變化較難監測。具有一定的測量盲區[2]。

2.2 車載Li DAR技術

車載LiDAR技術可快速獲取鐵路沿線邊坡信息。數據采集方便快速，適合短周期長距離鐵路邊坡監測。其應用主要體現如下幾點：

1）快速獲取鐵路沿線邊坡地形數據及影像數據。對較細微邊坡變化具有良好的監測效果。

2）對泥石流、滑坡災害、塌方等鐵路相關的災害可快速有效監控。定期對鐵路網進行數據采集。數據采集快速、方便、精度高。對鐵路沿線易于發生沉降、塌方、滑坡等災害進行有效監控。

2.3 地面Li DAR技術

地面LiDAR技術搭載類似全站儀平臺。但其測距精度高、數據獲取量大、可快速定點有效獲取高精度邊坡信息。由于載體原因，該技術適合局部重點地段、邊坡、高架橋等安全監測。周期短、獲取數據快、精度高等特點，是獲取局部鐵路信息的最佳手段[3]。

2.4 適用性對比分析

3種LiDAR技術基于平臺的不同、對獲取數據的效率以及數據精度各有所長，該3種技術的優缺點歸納如表1所示。

表1 3種Li DAR技術在鐵路邊坡監測中的應用對比

3 結語

基于以上所述的3種LiDAR技術在鐵路邊坡監測中的優缺點，采用優勢互補等策略可高效、快速、高精度有效地對大范圍鐵路及交通網等邊坡進行安全監測及災害評估，能夠快速、精確地獲取地面目標的三維空間信息,是繼GPS空間定位系統之后又一項測繪技術新突破。

1）采用機載LiDAR數據獲取大范圍鐵路交通網區域地形及影像信息，建立高精度三維可視化鐵路管理平臺。該平臺除了可做邊坡監測平臺外，還可作為交通鐵路網運營維護綜合管理平臺。可采用半年度或年度更新大范圍數據庫方式維護該平臺信息。確保信息的時效性。通過時間建立四維鐵路管理運營平臺。

2）車載LiDAR成本較低、獲取數據較快、可快速動態獲取大部分鐵路沿線邊坡信息。通過不同時間獲取數據對比可快速了解沿線邊坡位移情況。對邊坡監測可提前有效控制。

3）地面LiDAR對局部重點地段或車載作業盲區可進行有效的高精度的互補測量。確保數據無盲區、監控程度無盲區。尤其對于重點地段、滑坡、泥石流等易發區域可進行有效的重點監測。