Li DAR技術(shù)在鐵路邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

陳鼎，李文

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421002）

1 引言

激光雷達(dá)按照運(yùn)載平臺(tái)不同，分為以下類型：機(jī)載、車載以及地面LiDAR，這3種類型的LiDAR測(cè)量技術(shù)在鐵路管理建設(shè)中邊坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面具有不同應(yīng)用方向。

2 Li DAR技術(shù)在鐵路邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 機(jī)載Li DAR技術(shù)

機(jī)載LiDAR技術(shù)適合于大范圍、長(zhǎng)距離的測(cè)量。因此，該技術(shù)更適合于大范圍鐵路網(wǎng)或長(zhǎng)距離高速鐵路邊坡監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。其應(yīng)用主要體現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

1）搭建鐵路安全管理運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。利用機(jī)載LiDAR技術(shù)獲取大范圍鐵路網(wǎng)的激光點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)（見圖1），在這些高精度數(shù)字地形模型、高清晰正射影像數(shù)據(jù)及道路設(shè)施模型等成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上搭建鐵路安全管理運(yùn)維系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)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(píng)估和監(jiān)控?；贚iDAR的高精度數(shù)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(duì)鐵路沿線易于發(fā)生的沉降、泥石流、塌方、滑坡等災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)控[1]。定期對(duì)鐵路網(wǎng)進(jìn)行有針對(duì)性的飛行，尤其對(duì)于暴雨期間，機(jī)載LiDAR是大范圍快速滑坡監(jiān)測(cè)的最佳手段。

圖2鐵路三維可視化塌方監(jiān)測(cè)

3）泥石流、滑坡災(zāi)害、塌方等鐵路相關(guān)災(zāi)害的應(yīng)急災(zāi)害評(píng)估。一旦發(fā)生災(zāi)害后，可及時(shí)有效地對(duì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估。災(zāi)害面積、堆積土方量。依靠受災(zāi)前后獲取的高精度DEM進(jìn)行比較，可快速有效地獲取準(zhǔn)確的滑坡、泥石流、塌方等較詳細(xì)的災(zāi)害信息。

4）為鐵路的改擴(kuò)建和優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：安全有效、大范圍監(jiān)測(cè)、精度高、監(jiān)測(cè)效率高。受天氣影響較小。缺點(diǎn)：成本相對(duì)較高。邊坡細(xì)微變化較難監(jiān)測(cè)。具有一定的測(cè)量盲區(qū)[2]。

2.2 車載Li DAR技術(shù)

車載LiDAR技術(shù)可快速獲取鐵路沿線邊坡信息。數(shù)據(jù)采集方便快速，適合短周期長(zhǎng)距離鐵路邊坡監(jiān)測(cè)。其應(yīng)用主要體現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

1）快速獲取鐵路沿線邊坡地形數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)。對(duì)較細(xì)微邊坡變化具有良好的監(jiān)測(cè)效果。

2）對(duì)泥石流、滑坡災(zāi)害、塌方等鐵路相關(guān)的災(zāi)害可快速有效監(jiān)控。定期對(duì)鐵路網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集快速、方便、精度高。對(duì)鐵路沿線易于發(fā)生沉降、塌方、滑坡等災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)控。

2.3 地面Li DAR技術(shù)

地面LiDAR技術(shù)搭載類似全站儀平臺(tái)。但其測(cè)距精度高、數(shù)據(jù)獲取量大、可快速定點(diǎn)有效獲取高精度邊坡信息。由于載體原因，該技術(shù)適合局部重點(diǎn)地段、邊坡、高架橋等安全監(jiān)測(cè)。周期短、獲取數(shù)據(jù)快、精度高等特點(diǎn)，是獲取局部鐵路信息的最佳手段[3]。

2.4 適用性對(duì)比分析

3種LiDAR技術(shù)基于平臺(tái)的不同、對(duì)獲取數(shù)據(jù)的效率以及數(shù)據(jù)精度各有所長(zhǎng)，該3種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)歸納如表1所示。

表1 3種Li DAR技術(shù)在鐵路邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

基于以上所述的3種LiDAR技術(shù)在鐵路邊坡監(jiān)測(cè)中的優(yōu)缺點(diǎn)，采用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)等策略可高效、快速、高精度有效地對(duì)大范圍鐵路及交通網(wǎng)等邊坡進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)及災(zāi)害評(píng)估，能夠快速、精確地獲取地面目標(biāo)的三維空間信息,是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。

1）采用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)獲取大范圍鐵路交通網(wǎng)區(qū)域地形及影像信息，建立高精度三維可視化鐵路管理平臺(tái)。該平臺(tái)除了可做邊坡監(jiān)測(cè)平臺(tái)外，還可作為交通鐵路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)綜合管理平臺(tái)?？刹捎冒肽甓然蚰甓雀麓蠓秶鷶?shù)據(jù)庫(kù)方式維護(hù)該平臺(tái)信息。確保信息的時(shí)效性。通過時(shí)間建立四維鐵路管理運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

2）車載LiDAR成本較低、獲取數(shù)據(jù)較快、可快速動(dòng)態(tài)獲取大部分鐵路沿線邊坡信息。通過不同時(shí)間獲取數(shù)據(jù)對(duì)比可快速了解沿線邊坡位移情況。對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)可提前有效控制。

3）地面LiDAR對(duì)局部重點(diǎn)地段或車載作業(yè)盲區(qū)可進(jìn)行有效的高精度的互補(bǔ)測(cè)量。確保數(shù)據(jù)無(wú)盲區(qū)、監(jiān)控程度無(wú)盲區(qū)。尤其對(duì)于重點(diǎn)地段、滑坡、泥石流等易發(fā)區(qū)域可進(jìn)行有效的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。