基于激光雷达的高铁路基正常高测量方法

研究目的:在铁路测量工作中,传统水准测量费时费力,GNSS水准测量只能算是准动态测量方式,GNSS/INS水准测量需要车体经过已知控制点且只能获取载体轨迹点处正常高。以GNSS/INS和车载激光雷达为核心传感器的车载移动测量系统可以快速获取包含三维空间信息的点云数据,经过融合处理后可以得到对应的大地坐标。本文研究如何基于车载激光雷达快速、精确地获取大量未知点的正常高,介绍其中涉及的各种误差并分析其影响,除考虑趋势误差项和随机误差项外,还根据车载激光雷达测量原理建立常数项误差项。针对其中趋势项和随机项误差,建立二次项拟合模型进行处理。针对常数项误差项,利用未参与解算的CPⅢ控制点信息进行常数项误差的改正。研究结论:(1)移动测量系统能以近乎动态连续的方式快速获取大量未知点的正常高,相比于传统水准测量等测量方式,获取高程点的数量和效率都明显提升;(2)常数项误差对高程精度也有很大影响,本文试验结果与精密水准测量测得的检核点高程对比得:常数项误差改正前计算出的扫描点正常高的标准差为0.074 m,最大偏差绝对值为0.115 m;改正后扫描点正常高的标准差为0.002 m,最大偏差绝对值为0.006 m;(3)基于激光雷达的高铁路基正常高快速测量方法测量效率完全能够满足铁路建设作业的精度要求,同时也可大大提升作业效率,在铁路路基高程维护和检修方面起到重要作用。     

GNSS失锁时车载激光扫描点云精度提高方法研究

为解决车载激光扫描系统因GNSS偶然失锁造成采集点云精度低等问题,采用布设不同控制点网形的方法对车载点云数据精度进行提高。实验流程为将车载激光扫描系统置于GNSS失锁状态下进行点云数据采集,通过3种不同控制点布设网形得到校正控制点,并对点云数据进行校正,研究不同控制点布设网形对点云精度提高的影响。研究表明,每100 m布设1个控制点,直线网形控制点校正后的点云平面精度为0.029 6 m,高程精度为0.032 8 m;双直线网形点云平面精度为0.057 7 m,高程精度为0.028 2 m;折线网形点云平面精度为0.079 9 m,高程精度为0.055 3 m。每300 m布设1个控制点,直线网形控制点校正后的点云平面精度为0.143 7 m,高程精度为0.037 5 m;双直线网形点云平面精度为0.131 8 m,高程精度为0.049 6 m,折线网形点云平面精度为0.121 8 m,高程精度为0.050 1 m。每500 m布设1个控制点,直线网形控制点校正后的点云平面精度为0.211 1 m,高程精度为0.045 8 m,双直线网形点云平面精度为0.213 6 m,高程精度为0....     

轻小型激光雷达在铁路勘测中的应用研究

为解决短小铁路项目航飞数据难以及时获取和既有铁路上线测量困难等问题,将轻小型激光雷达引入铁路勘测项目中,并与大型航摄设备在使用方便性、空域申请周期、有效航飞天数等方面进行对比分析。在执行短小铁路项目航飞作业时,小型激光雷达较大型航摄设备可提高效率50%以上。结合轻小型激光雷达在铁路勘测项目初测、定测和既有线测绘等工作中的应用试验,总结不同测绘工作的技术流程和精度控制方案,其激光点云精度可以达到5 cm,满足新建铁路项目大比例成图、断面测量、工点地形测绘,既有铁路平面测绘、横断面测量等要求(但不能满足既有线中平测量2 cm的精度要求),可以减少上线测量工作量70%以上。研究证明,轻小型激光雷达技术适合短小铁路项目航飞、小范围补飞及既有线测绘等工作。     

“无人机+激光雷达”在集通线复测中的应用

传统既有线复测主要采用上线作业方式,利用水准测量或GNSS-RTK技术进行中平和平面测绘,效率较低且存在安全隐患。针对集宁至通辽铁路(集通线)复测任务,提出一种基于"无人机+激光雷达"的铁路既有线测量方法,通过低航高的激光雷达获取高密度既有线点云,经轨迹解算、航带平差、坐标转换后,再采用特殊地面控制标靶对其进行点云精度改化,最终获取了既有线三维中线坐标。为验证精度,选取10 km的既有线点云数据与实测点进行对比,结果显示,该方法获取的三维中线坐标的平面、高程精度分别达到3 cm和3.4 cm,可以满足一般既有线复测的需要。     

高速铁路站场断面测量新方法研究

既有铁路站场断面测量时存在GNSS-RTK卫星信号差、测量效率低、测量条件困难等问题,故提出一种采用背包式移动三维激光扫描系统进行既有铁路站场断面测量的新技术,该系统可在无GNSS-RTK信号的条件下快速高效地采集测量区域内密集的三维点云数据。采用理论与实践相结合的研究方法,首先通过对SLAM算法和点云配准算法的研究,从理论上验证背包式移动三维激光扫描系统在铁路既有站场断面测量的可行性,随后以广州东站改造工程项目为实例,制定详细的测量流程,经过路线规划、控制点布设与测量、外业数据采集、内业数据预处理、点云配准与拼接、多源数据精度评定等一系列测量步骤的实施,得到背包式移动三维激光扫描系统在既有铁路站场内的断面测量高程中误差为0.025 m,满足既有铁路站场断面的测量要求。     

DMCⅢ数字航摄仪在常益长铁路断面采集中的应用

为了提高铁路断面采集效率,提出基于DMCⅢ数码影像立体采集断面的方案,并成功应用于常益长铁路定测。外业以区域网方式布设像控点,内业通过空中三角测量建立测区立体模型,对影像进行匀光、匀色预处理并适当增加高程控制点数量,以提高模型精度,最后通过实测中桩坐标检核模型,进行断面的立体采集工作。实验证明,基于该方案立体采集的断面精度能够满足铁路勘察定测设计需求,特别是在地物复杂区域,如城区、站场等,基于高精度的DMCⅢ数码影像立体像对可准确快速地采集铁路断面,减少大量的外业测量工作,在保证精度的前提下大大提高了铁路勘测效率。     

地面激光扫描技术在既有铁路勘测中的应用研究

以线路中心线为基本控制线的既有线测量方法施测困难,且对运营干扰大、安全性差、效率低。本文提出了将激光扫描技术应用于既有铁路勘测的数据采集方案和数据处理方法,利用地面三维激光扫描仪Surphaser 25HSX对测区长1 500 m的既有线按照试验施测方案进行了点云数据采集,并结合数据后处理软件Geomagic和Cyclone进行了点云预处理、点云配准及表面建模,提取实时线路中心线与原始航测底图进行对比分析,对试验数据做了精度分析。试验研究表明:采用合理的标靶设置和测站布设,三维激光扫描所得点云数据可满足既有线勘测设计需要,并且能提高获取原始数据的效率,保证了数据质量,降低了数据处理的复杂程度,测量方式更安全且信息丰富。     

特长隧道平面独立控制网布设

在铁路、公路等项目中,经常存在设计控制网精度、密度满足不了长大隧道等大型建筑物施工测量精度要求的情况,需要布设满足施工精度要求的独立控制网。以太兴铁路二青山特长隧道为例,介绍该隧道如何建立独立坐标系,采用固定一点一方位平差的方法来提高控制网精度,满足测量规范精度要求。     

高速扫描多通道铁路车载探地雷达系统

高速扫描多通道铁路车载探地雷达系统是既有线路基病害普查和新线路基填筑质量检测的一种新型设备。本文介绍了我们自主研制的高速扫描多通道铁路车载探地雷达系统的组成、技术指标和特点。该系统的技术指标达到国外同类产品的技术水平,测点间距5cm时,测试速度达到175km/h,测点间距10cm时,测试速度达到350km/h,高于国外同类产品的测试速度。天线有1GHz的高频天线和300MHz中频天线,可满足我国既有线铁路路基和高速铁路路基检测的需要。     

GPS连续参考站系统(CORS)在铁路定测中的应用研究

CORS-RTK作为一项成熟技术在铁路初测中得到了广泛应用,在铁路定测中的应用还有待进一步研究。对CORS-RTK技术在铁路定测中的应用进行研究和试验,并在铁路定测项目中与传统方法进行对比分析,得出以下结论:无论是采用CORS基站法还是采用CORS-RTK法,其测量精度均可达到平面高程±5 cm以内,满足定测要求;采用CORS-RTK开展定测工作时,需联测CPⅠ控制点,其联测密度为10~15 km。     

激光雷达技术在高速铁路勘测中的应用

为解决传统勘测方法效率较低等问题,从数字高程模型制作、横纵断面生产、大比例数字地形图测绘、通防扫描和既有线测量等方面分析激光雷达技术在高铁勘测中的应用优势,并以长赣高铁项目为例进行应用实验,得出以下结论。(1)激光点云数据的平面和高程中误差均小于0.1 m,能满足实际项目应用需求;(2)采用激光点云数据测量中线,相较于外业人工实测,效率平均提升1倍以上;(3)点云测量中线效率受地形影响较小,外业实测中线效率受地形影响较大,地势越陡峭、地形越复杂,基于激光点云数据内业采集中线的优势越明显。     

铁路复测中车载LiDAR数据精度控制分析

铁路作为长大线状工程,沿线地形、环境复杂,利用车载LiDAR技术进行铁路复测可有效解决传统铁路复测技术手段落后的难题,但各种系统误差易导致原始解算点云数据无法满足铁路复测精度要求.首先,分析数据获取与处理的误差来源;然后,基于某铁路专用线建立长度为4 km的试验场,以获取车载LiDAR扫描数据;再基于靶标控制网的高精度...     

倾斜摄影测量技术在铁路工程中的精度分析及应用

作为三维可视化大场景的基础,倾斜摄影测量技术实现了铁路工程空间数据的直观化和可视化.基于倾斜摄影测量技术的野外控制点布设方案作为三维模型精度控制的关键步骤,目前尚未制定相关技术标准.基于某铁路建立试验区设计了14种像控点布设方案,对不同方案的空中三角测量精度和模型精度进行分析,总结出最优像控点布设方案.此外,以多个铁路...     

不等精度铁路水准网的建立及平差方法

研究目的:在铁路工程建设中,一条线路由于构筑物的不同有时需要建立不同等级的高程控制网,目前做法是不同等级的水准网在不同的阶段分别进行测量和平差计算,存在着以下两个弊端:一是在不同阶段分别进行测量,造成重复测量,加大了投入;二是两次测量后出现断高,需要在路基段通过调整线路纵断面的方式消化,给工程建设带来不便。针对此问题研究一次建立不等精度铁路水准网的解决方案。研究结论:根据理论研究和生产实践,本文提出了一次建立不等精度铁路水准网的方案,研究了不等精度控制网的布设、观测方法,推导了利用不同水准测量精度和水准路线长综合进行定权的方法,并结合工程案例进行了平差计算和对比分析研究。结果表明:(1)不等精度铁路水准网的定权和平差方法正确,平差后高程成果满足同一铁路工程中不同段落不同等级高程控制测量精度的需要;(2)建立不等精度水准网优化了生产组织,可减少水准测量的投入,值得在铁路高程控制测量中推广应用,对铁路工程测量规范中有关水准测量内容的完善具有参考价值。     

GPS-RTK三维一体化既有线测绘方法的研究

采用GPS-RTK技术,将既有线里程丈量、平面测绘、中平测量整合为一个工序进行一体化既有线测量,并对其技术、经济指标进行分析,从而在生产中减少上线作业班组和人员,缩短上线作业时间,提高综合作业效率,降低既有线测绘安全风险。在一定的技术条件支持下,GPS-RTK三维一体化既有线测绘方法,能够满足普通铁路勘测设计阶段既有线测量精度要求,提高既有线测绘综合作业效率,客观上降低作业人员劳动强度和安全风险,具有很好的可行性。     

基于高精度真正射影像的铁路既有线岔心测量方法

传统铁路道岔岔心测量采用直接丈量法和交点法等人工外业测量方式完成，存在上线难、工作量大、安全性差及作业效率低等问题。为此，提出1种基于高精度真正射影像的铁路既有线岔心测量方法，包括多角度倾斜摄影测量数据获取、高精度数字表面模型建立、高精度真正射影像制作、主线和侧线平面中心线提取以及岔心平面坐标计算5项关键技术，旨在通过非接触的方式完成铁路既有线岔心坐标测量。结果表明：相较于传统作业方法，该方法基于高精度真正射影像开展既有线岔心测量，避免人员上线作业，在保证岔心测量精度的同时，可大幅度提升作业效率和铁路既有线作业安全性；基于多角度倾斜摄影制作的真正射影像可有效解决传统正射影像轨道扭曲变形问题，为高精度轨顶特征点的提取提供了良好基础；采用2种不同算法分别对主线和侧线线路中心线进行提取，可减少由单一算法引起的中心线提取误差，提高岔心测量的精度和可靠性。     

暗挖隧道下穿既有线路基沉降自动监测系统研究

东莞—惠州城际轨道交通工程暗挖隧道下穿广深铁路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线施工时,路基沉降采用自动监测系统监测。从监测项目、沉降监测点布设、监测设备、沉降监测精度与技术要求、监测频率与监测控制值及警戒值方面论述沉降监测;从自动监测系统组成、自动监测信息系统、精密光电测距三角高程测量原理和精密光电测距三角高程测量精度方面分析自动监测技术;从沉降曲线和沉降数据统计分析自动监测结果;提出采用基于自动全站仪的自动监测系统监测暗挖隧道下穿既有线路基沉降可行等结论。     

基站距离对lidar高程精度影响的探讨

目前,国内外的机载激光雷达测量系统供应商推荐的地面GPS基站到测区的距离普遍选择在30～40 km。实际工程应用中,受到现场地形、安全等因素的影响,地面GPS基站架设困难的情况下,远距离架设地面GPS基站对Lidar地形测量高程精度的影响到底有多大,是工程技术人员关心的问题。通过多个具体项目数据,分析了把基站距离扩大到60 km及以上情况下Lidar的高程精度,为特殊情况下Lidar摄影基站布设提供了参考。     

地面激光扫描技术在城市轨道交通构筑物结构断面检测中的应用

为研究三维激光扫描技术在城市轨道交通构筑物结构断面检测中的精度和可靠性,采用Leica HDS6100三维激光扫描仪在隧道中自由设站并采集数据,利用扫描区域内的控制点靶标建立布尔莎七参数严密解算模型,再将点云由扫描仪坐标系转换到施工坐标系。通过单站多次扫描同名靶标进行内符合精度分析,得到20 m范围内的单点精度(为±3 mm),并将实验成果与全站仪测量成果进行比较。研究表明,该方法得到的高程误差优于±10 mm,平面误差优于±20 mm,成果满足《城市轨道交通工程测量规范》的相关要求。     

基于车载激光雷达技术的高速铁路无砟轨道设施调查方法

我国高速铁路网日益完善,规模越来越大,铁路管理部门对高速铁路设施提出了信息化和精细化管理的要求,需要对既有运行线路道床的轨道板、底座板、扣件等轨道设施进行调查,建立轨道设施信息管理系统。由于运营线路的维修天窗时间短,传统的人工调查方法不适合大范围轨道设施普查,因此提出了基于车载激光雷达成像技术的轨道设施调查方法。该方法利用车载激光雷达系统快速采集轨道现场的三维点云数据,通过专用数据处理软件从三维点云中提取轨道设施信息。实践证明,该方法每1 h可以调查5 km的轨道设施,是传统人工调查效率的20倍以上,几何测量精度达到毫米级,大幅提高了既有线高速铁路轨道基础数据的采集效率。