Li DAR技术在铁路边坡监测中的应用研究

陈鼎，李文

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳421002）

1 引言

激光雷达按照运载平台不同，分为以下类型：机载、车载以及地面LiDAR，这3种类型的LiDAR测量技术在铁路管理建设中边坡监测应用方面具有不同应用方向。

2 Li DAR技术在铁路边坡监测中的应用

2.1 机载Li DAR技术

机载LiDAR技术适合于大范围、长距离的测量。因此，该技术更适合于大范围铁路网或长距离高速铁路边坡监测的应用。其应用主要体现如下几点：

1）搭建铁路安全管理运营平台。利用机载LiDAR技术获取大范围铁路网的激光点云和影像数据（见图1），在这些高精度数字地形模型、高清晰正射影像数据及道路设施模型等成果数据的基础上搭建铁路安全管理运维系统，从而实现铁路的直观高效管理。

图1铁路边坡提取图

2）铁路边坡安全评估和监控。基于LiDAR的高精度数字地形模型，可非常容易地获取路面平整度与边坡倾斜度等信息（见图2），对铁路沿线易于发生的沉降、泥石流、塌方、滑坡等灾害进行有效监控[1]。定期对铁路网进行有针对性的飞行，尤其对于暴雨期间，机载LiDAR是大范围快速滑坡监测的最佳手段。

图2铁路三维可视化塌方监测

3）泥石流、滑坡灾害、塌方等铁路相关灾害的应急灾害评估。一旦发生灾害后，可及时有效地对灾害进行评估。灾害面积、堆积土方量。依靠受灾前后获取的高精度DEM进行比较，可快速有效地获取准确的滑坡、泥石流、塌方等较详细的灾害信息。

4）为铁路的改扩建和优化提供基础数据。优点：安全有效、大范围监测、精度高、监测效率高。受天气影响较小。缺点：成本相对较高。边坡细微变化较难监测。具有一定的测量盲区[2]。

2.2 车载Li DAR技术

车载LiDAR技术可快速获取铁路沿线边坡信息。数据采集方便快速，适合短周期长距离铁路边坡监测。其应用主要体现如下几点：

1）快速获取铁路沿线边坡地形数据及影像数据。对较细微边坡变化具有良好的监测效果。

2）对泥石流、滑坡灾害、塌方等铁路相关的灾害可快速有效监控。定期对铁路网进行数据采集。数据采集快速、方便、精度高。对铁路沿线易于发生沉降、塌方、滑坡等灾害进行有效监控。

2.3 地面Li DAR技术

地面LiDAR技术搭载类似全站仪平台。但其测距精度高、数据获取量大、可快速定点有效获取高精度边坡信息。由于载体原因，该技术适合局部重点地段、边坡、高架桥等安全监测。周期短、获取数据快、精度高等特点，是获取局部铁路信息的最佳手段[3]。

2.4 适用性对比分析

3种LiDAR技术基于平台的不同、对获取数据的效率以及数据精度各有所长，该3种技术的优缺点归纳如表1所示。

表1 3种Li DAR技术在铁路边坡监测中的应用对比

3 结语

基于以上所述的3种LiDAR技术在铁路边坡监测中的优缺点，采用优势互补等策略可高效、快速、高精度有效地对大范围铁路及交通网等边坡进行安全监测及灾害评估，能够快速、精确地获取地面目标的三维空间信息,是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。

1）采用机载LiDAR数据获取大范围铁路交通网区域地形及影像信息，建立高精度三维可视化铁路管理平台。该平台除了可做边坡监测平台外，还可作为交通铁路网运营维护综合管理平台。可采用半年度或年度更新大范围数据库方式维护该平台信息。确保信息的时效性。通过时间建立四维铁路管理运营平台。

2）车载LiDAR成本较低、获取数据较快、可快速动态获取大部分铁路沿线边坡信息。通过不同时间获取数据对比可快速了解沿线边坡位移情况。对边坡监测可提前有效控制。

3）地面LiDAR对局部重点地段或车载作业盲区可进行有效的高精度的互补测量。确保数据无盲区、监控程度无盲区。尤其对于重点地段、滑坡、泥石流等易发区域可进行有效的重点监测。