量星测月！活用LiDAR“十八般武艺”
量星测月！活用LiDAR“十八般武艺”
激光雷达（LiDAR）技术作为一种先进的主动遥感技术，正在改变传统的测绘方式。从无人机到车载平台，从手持设备到架站式系统，LiDAR技术正以其独特的优势在铁路勘测、地质调查等领域发挥着重要作用。本文将为您详细介绍这一前沿技术的原理、应用方式及其在实际项目中的具体应用。
在中国铁建所属铁一院承担的高原铁路测绘现场，一架挂载激光LiDAR的无人机在飞手的操纵下，沿着预设的航线飞行，通过全方位扫描地面，获得精确的激光点云数据，精确表达测绘区域地形地貌信息。
传统测绘工作现场
在传统测绘过程中，外业人员手持肩扛测量设备，实地开展测绘工作，这种方式耗时耗力效率低，已不适应当前智能勘测的需要。近些年，伴随无人驾驶、机器人、无人机等领域的快速发展，激光雷达（LiDAR）技术孕育而生，得到了广泛的应用和关注。
横纵断面测绘
LiDAR技术是一种通过测量激光束从发射到目标反射被接收的时间，来获取目标距离、速度和其他相关信息的主动遥感技术，已经成为铁路勘测领域重要的数据获取手段。
数字高程模型（DEM）
LiDAR技术集成激光测距系统、北斗定位系统和惯性导航系统于一身，与数码相机被动感光不同，它擅长“主动出击”，通过发射激光来探测环境，同时推算出地物反射激光点的精确三维位置，实现客观世界的三维复制。
既有铁路测量
因此，LiDAR技术不受光线影响，哪怕是在黑夜中也有一双洞悉一切的眼睛，且具有一定的“穿透性”，能精确体现三维地形地貌特征。目前广泛应用于铁路地形测绘、地质遥感调查、既有铁路测量等领域，隐伏性地质灾害识别。
LiDAR技术的应用方式
目前LiDAR技术根据搭载平台及应用方式，可以分为机载、车载、手持（背包）、架站式等几种类型。其中机载平台又分为有人机和无人机。
1. 有人机平台
将LiDAR系统放置于飞机上，在飞行员的驾驶下，飞越戈壁、雪山、冰原、荒漠、峡谷等复杂地形。这种平台稳定性强、不受干扰、范围广，适合大范围复杂环境的高精度地形测绘。
2. 无人机平台
使用无人机搭载LiDAR系统，具有垂直起降、悬停、侧飞、倒飞等机动性能，灵活性高、效率高、成本低、操作简单、易于上手。用一台遥控器即可实现“发号施令，决胜千米”。多用于小范围测图、巡检、抢险救灾等场景。
3. 车载平台
使用车辆平台搭载LiDAR系统，根据道路要素的类型选择机车、汽车、轨道小车等对应的移动平台，高效采集路面数据。多用于既有线路测量。
4. 手持（背包）平台
面对街边小巷和地下世界，空中无法飞驰、地面无法驾驶时，手持（背包）LiDAR技术就派上用场了。这种平台无需GNSS卫星信号，适合无卫星信号的地下及复杂条件室内空间测绘。
5. 架站式平台
架站式LiDAR平台在测量时保持稳定，具有极高（毫米级）的测量精度，适用于变形监测、隧道洞内测量等领域。
技术成果转化的实际应用
作为铁路勘察设计领域的测绘尖兵，铁一院持续深耕各类LiDAR技术测量领域，创新培育新质生产力。让我们一起看看技术成果转化的实际应用吧！
1. 有人机机载作业
铁一院依托高原铁路、西青茶铁路、几内亚马西铁路等勘测项目，依靠有人机机载LiDAR技术获取完整的激光点云数据，为高精度地形图制作、线路勘测、地质勘察等工作提供了可靠的基础数据。
2. 无人机机载作业
铁一院拥有各型号无人机机载LiDAR系统十余套，在延榆铁路、平庆铁路、陇海铁路改造等项目中快速获取桥隧工点、地质灾害点等铁路沿线基础测绘数据，高效保障勘察设计工作顺利完成。
陇海铁路改造项目测绘现场
由于LiDAR技术具有“穿透性”，即使有植被覆盖作为掩护，隐蔽性的地质灾害在无人机LiDAR技术面前依旧无所遁形。
地质灾害调查
随着LiDAR传感器性能不断提升，铁一院创新采用无人机非接触LiDAR的测量方式，有效解决了既有铁路测量“天窗时间短”、上道作业难的困境，显著提升了既有铁路“强网补链”“提质改造”项目的数据获取效率。
3. 车载作业
铁一院采用车载LiDAR技术先后开展集通铁路复测、青藏铁路格拉段电气化改造、柳敦铁路提质改造等既有铁路测量项目，并先后拓展至G70福银高速六村堡至永寿段、西铜高速三原至铜川段等高速公路改扩建项目中。
通过车载LiDAR技术获取高密度、高精度点云数据，完成既有线路全要素测量工作，革新了传统工作模式，解决了既有铁路结构状态测量“普查测快难、要素测全难、指标测精难、状态判准难”等难题，实现数据采集安全、精准、高效。
4. 手持（背包）作业
近年来铁一院勘测人员在结构测绘、矿洞调查、断面测量、数字底座建模等项目中广泛应用手持LiDAR设备，穿梭在室内、管道、隧道等地下空间中，所到之处一切细微结构尽数记录。
建筑物室内平面测量
建筑物立面测量
5. 架站式作业
铁一院拥有多套架站式LiDAR设备，建立了一套高效、可靠、实用的技术流程。在兰张三四线施工期隧道监测、侯月线端氏隧道应急抢险、广佛环线沙堤隧道监测等多个项目中运用架站式LiDAR技术，获取了高精度、高密度的点云数据，为隧道变形监测、断面测量、中线测量提供了可靠的基础测绘数据。
架站式LiDAR数据
隧道形变及超限检测
在后续工作中，铁一院将持续强化科技创新力度，扎实打造新质生产力，加快研发应用设备集成化、处理智能化、应用多元化的LiDAR技术，以满足不同工程勘察设计、施工建设、运营维护的全生命周期智能测绘需求，为中国铁建高质量发展贡献力量。