傳統(tǒng)測(cè)量方法是利用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）等對(duì)線路進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，作業(yè)量大，人員配置較多，測(cè)量過程受鐵路運(yùn)營(yíng)影響大，針對(duì)于高速鐵路運(yùn)營(yíng)密度大，“天窗”時(shí)間更少，其常規(guī)測(cè)量受運(yùn)營(yíng)影響更大。

　　【摘要】在鐵路線路測(cè)量中，使用經(jīng)緯儀等常規(guī)方法受鐵路運(yùn)行影響比較大，效率低，并且對(duì)測(cè)量人員安全造成很大隱患。地面激光掃描技術(shù)為鐵路測(cè)量提供了一種新方法，利用Surphaser25HSX激光掃描儀在甘泉鐵路進(jìn)行掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，后期運(yùn)用Cyclone、Geomagic和Geomagicqualify軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪，補(bǔ)洞，拼接并生成數(shù)據(jù)模型，提取中心線等要素，與常規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，其結(jié)果與常規(guī)測(cè)得數(shù)據(jù)相近，該方法具備推廣價(jià)值。

　　【關(guān)鍵詞】工業(yè)設(shè)計(jì)論文發(fā)表,鐵路線路測(cè)量,地面激光掃描,新方法

　　1.概述

　　鐵路運(yùn)行中，要保證旅客安全、舒適，需要列車運(yùn)行時(shí)要安全、可靠、平穩(wěn)。既有線中，為了運(yùn)營(yíng)安全，需要保持鐵路線路幾何狀態(tài)，因此測(cè)量成為列車運(yùn)行安全的重要環(huán)節(jié)。在既有線測(cè)量過程中，需要測(cè)量里程及其對(duì)應(yīng)位置的中線位置，地形，高程，橫斷面，鋼軌幾何狀態(tài)等參數(shù)。既有線列車運(yùn)行密度大，傳統(tǒng)方法受列車運(yùn)行影響較大，能耗大，效率低。

　　三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，它是通過高速激光掃面被測(cè)量物體，得到物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到實(shí)物數(shù)字模型。三維激光掃面可以快速獲得大量的實(shí)物空間點(diǎn)位信息，是快速建立物體三維影像的方法，具有快速性，不接觸性，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)性，高密度、高精度，自動(dòng)化等特性，并且受列車運(yùn)營(yíng)影響較小，為既有線測(cè)量提供了一種快速，安全的新方法。

　　2.既有線的常規(guī)施測(cè)方法

　　既有線測(cè)量常規(guī)方法是在“天窗”時(shí)間內(nèi)，以已知基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀組合或全站儀，對(duì)待測(cè)控制點(diǎn)逐一進(jìn)行高程和角度測(cè)量，后進(jìn)行計(jì)算，得到待測(cè)控制點(diǎn)的高程及坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，利用道尺或軌檢小車對(duì)軌道測(cè)量得到軌道的幾何數(shù)據(jù)。

　　3.既有線掃描儀的施測(cè)方法

　　掃描儀方法是利用激光掃描儀，對(duì)所測(cè)路段分站進(jìn)行激光掃描，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立獨(dú)立坐標(biāo)系，利用軟件進(jìn)行補(bǔ)洞，拼接，封裝等處理，然后與已知控制點(diǎn)聯(lián)系回歸大地坐標(biāo)系，得到想要的數(shù)據(jù)信息。

　　4.應(yīng)用實(shí)例

　　4.1實(shí)驗(yàn)概況

　　本次試驗(yàn)在甘泉鐵路包頭段（K126000.000—K127549.790）進(jìn)行，其中該段包括路基，橋梁，涵洞，路塹等基礎(chǔ)形式；線形包括直線、緩和曲線、圓曲線；采用Surphaser25HSX型號(hào)的激光掃描儀，其精度為1.7mm，相較于徠卡HDS6000等有較高的精度[1]；鐵路鋼軌上安放球形反射標(biāo)志，鐵路兩側(cè)安放平面反射標(biāo)志，且每站標(biāo)志相距25m，并且交替安放[1]，控制點(diǎn)布置圖如圖1，掃描儀及標(biāo)靶安放布置圖如圖2。

　　4.2數(shù)據(jù)采集

　　掃描儀在水平和垂直方向都是360°旋轉(zhuǎn)，考慮到在垂直方向上有基座的存在，故在底座下方一定范圍內(nèi)掃描不到，會(huì)出現(xiàn)一半徑較小的測(cè)量漏洞，而且隨儀器放置高度增加，漏洞半徑越大，這樣會(huì)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)造成影響，所以在線路測(cè)量中，一定要避免。本次試驗(yàn)采用有腳架中心測(cè)（如圖3），有腳架雙邊測(cè)（如圖4），無腳架中心測(cè)（如圖5）等三種方法對(duì)軌道進(jìn)行測(cè)量，在有腳架中心測(cè)側(cè)段內(nèi)，掃描儀布置在兩股鋼軌之間；有腳架在雙邊測(cè)段內(nèi)，為了獲得兩股鋼軌內(nèi)側(cè)點(diǎn)位信息，將掃描儀按“之”字形布置在軌道外側(cè)依次進(jìn)行掃描。掃描儀最佳掃描距離為30m，在兩股鋼軌上每25m布置兩個(gè)球形標(biāo)靶，且兩個(gè)標(biāo)靶前后錯(cuò)開3m左右距離，在球形標(biāo)靶布置位置旁的基礎(chǔ)上布置一個(gè)平面標(biāo)靶，并沿“之”字形布置。無腳架中心測(cè)段內(nèi)，將掃描儀放置在鋼軌上進(jìn)行掃描，由于掃描高度降低，其掃描距離減小，故除將兩邊標(biāo)靶向掃描儀移近10m，其它布置方式與有腳架中心測(cè)方式相同。

　　4.3數(shù)據(jù)處理

　　利用cyclone和geomagic軟件對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)（共103站）先后進(jìn)行去噪[2-3]，補(bǔ)洞，拼接等處理，有腳架中心測(cè)軌道部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，需要做補(bǔ)洞處理[4]，由于無腳架中心在中央形成的黑洞不影響鋼軌數(shù)據(jù)，故不做補(bǔ)洞處理，將形成的整體點(diǎn)云圖形成獨(dú)立坐標(biāo)系并回歸絕對(duì)坐標(biāo)。生成準(zhǔn)確的三角網(wǎng)模型，在軟件中進(jìn)行修補(bǔ)等，生成準(zhǔn)確的實(shí)物數(shù)字模型[5]。

　　4.4數(shù)據(jù)分析

　　為了精確比較施測(cè)精度，首先采用常規(guī)方法得到中樁坐標(biāo)，利用Geomagicqualify軟件，將處理的數(shù)據(jù)與用常規(guī)方法測(cè)得中線上精確點(diǎn)位信息相對(duì)比[6]，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.174m，最大上偏差為0.784m，最大下偏差為0.334m，在±0.14m點(diǎn)數(shù)為74.7%，隨機(jī)選取13個(gè)點(diǎn)得出表1和圖6所示數(shù)據(jù)，C001-C003為有腳架中心測(cè)測(cè)段內(nèi)，C004-C011為有腳架雙邊測(cè)測(cè)段內(nèi)，C012-C013為無腳架中心測(cè)測(cè)段內(nèi)。

　　從表1和圖6可以看出，掃描數(shù)據(jù)生成的與常規(guī)（下轉(zhuǎn)第236頁）（上接第234頁）方法獲得的有所不同，原因分析如下：（1）針對(duì)于有腳架中心測(cè)方法，其掃描漏洞影響到鋼軌頂面數(shù)據(jù)，雖然在兩站進(jìn)行拼接時(shí)將漏洞修補(bǔ)，但修補(bǔ)的數(shù)據(jù)離掃描儀較遠(yuǎn)，其誤差相對(duì)較大；有腳架雙邊測(cè)方法，因?yàn)樵谝贿厭呙瑁�只能得到遠(yuǎn)離掃描儀的鋼軌內(nèi)側(cè)數(shù)據(jù)，而靠近掃描儀的鋼軌內(nèi)側(cè)數(shù)據(jù)沒有，需將掃描儀移到下一站進(jìn)行掃描，故“之”字形掃描后，其拼接的數(shù)據(jù)亦是將下站誤差較大數(shù)據(jù)拼接到上一站數(shù)據(jù)中；無腳架中心測(cè)方法，將掃描儀直接放到軌枕上，由于軌枕上表面會(huì)有灰塵等雜物，掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，加大數(shù)據(jù)偏差。從圖中看出偏差僅為3mm，滿足既有線精度調(diào)整要求。（2）由于平面標(biāo)靶用膠帶粘貼在腳架上，同一標(biāo)靶在不同站使用時(shí)，其反射角度不同，其獲得數(shù)據(jù)也不盡相同，使偏差值變大。（3）其它原因，在測(cè)量過程中，有段時(shí)間內(nèi)由于風(fēng)力太大，平面標(biāo)靶或許有少量偏移，儀器會(huì)有些震動(dòng)，加大的數(shù)據(jù)的偏差。

　　5.結(jié)論

　　此次試驗(yàn)，是針對(duì)激光掃描儀在既有線中施測(cè)方法的研究，對(duì)1.5km既有鐵路分3種方法進(jìn)行掃描，得到掃描數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，并與常規(guī)方法進(jìn)行比較。較其它傳統(tǒng)方法，利用掃描儀對(duì)既有線施測(cè)優(yōu)點(diǎn)是：操作容易，無需整平等操作；節(jié)省人力，一組只需配置2人；節(jié)省時(shí)間，采集一站數(shù)據(jù)只需用3分鐘；非接觸式測(cè)量，對(duì)運(yùn)營(yíng)影響較小；受天氣影響小，只需接收到物體的反射光線，就可以得到所需點(diǎn)云數(shù)據(jù)；在測(cè)量中采用球形標(biāo)靶有效減小反射及拼接誤差；本次試驗(yàn)是在冬季進(jìn)行，軌溫在20℃以下，減小采集誤差。故利用激光掃描儀進(jìn)行既有線測(cè)量快速，高效，本方法值得推廣。

　　本次試驗(yàn)中尚存在一些問題：在采集數(shù)據(jù)過程中，基于是接收物體反射線來采集數(shù)據(jù)，在采集軌道幾何狀態(tài)時(shí)，需要將軌道表面雜物清除干凈，以免影響測(cè)量精度；在內(nèi)業(yè)處理數(shù)據(jù)時(shí)，由于數(shù)據(jù)量太大，對(duì)電腦配置要求較高，需使用專門軟件進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)篩選及處理軟件方面需要進(jìn)一步優(yōu)化。

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