傳統測量方法是利用傳統測量儀器（如全站儀）等對線路進行單點測量，作業量大，人員配置較多，測量過程受鐵路運營影響大，針對于高速鐵路運營密度大，“天窗”時間更少，其常規測量受運營影響更大。

　　【摘要】在鐵路線路測量中，使用經緯儀等常規方法受鐵路運行影響比較大，效率低，并且對測量人員安全造成很大隱患。地面激光掃描技術為鐵路測量提供了一種新方法，利用Surphaser25HSX激光掃描儀在甘泉鐵路進行掃描得到點云數據，后期運用Cyclone、Geomagic和Geomagicqualify軟件對點云數據進行除噪，補洞，拼接并生成數據模型，提取中心線等要素，與常規測量數據進行精度分析，其結果與常規測得數據相近，該方法具備推廣價值。

　　【關鍵詞】工業設計論文發表,鐵路線路測量,地面激光掃描,新方法

　　1.概述

　　鐵路運行中，要保證旅客安全、舒適，需要列車運行時要安全、可靠、平穩。既有線中，為了運營安全，需要保持鐵路線路幾何狀態，因此測量成為列車運行安全的重要環節。在既有線測量過程中，需要測量里程及其對應位置的中線位置，地形，高程，橫斷面，鋼軌幾何狀態等參數。既有線列車運行密度大，傳統方法受列車運行影響較大，能耗大，效率低。

　　三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，它是通過高速激光掃面被測量物體，得到物體表面的三維點云數據，進而得到實物數字模型。三維激光掃面可以快速獲得大量的實物空間點位信息，是快速建立物體三維影像的方法，具有快速性，不接觸性，實時、動態性，高密度、高精度，自動化等特性，并且受列車運營影響較小，為既有線測量提供了一種快速，安全的新方法。

　　2.既有線的常規施測方法

　　既有線測量常規方法是在“天窗”時間內，以已知基準點為基礎，利用經緯儀、水準儀組合或全站儀，對待測控制點逐一進行高程和角度測量，后進行計算，得到待測控制點的高程及坐標數據后，利用道尺或軌檢小車對軌道測量得到軌道的幾何數據。

　　3.既有線掃描儀的施測方法

　　掃描儀方法是利用激光掃描儀，對所測路段分站進行激光掃描，獲取點云數據，建立獨立坐標系，利用軟件進行補洞，拼接，封裝等處理，然后與已知控制點聯系回歸大地坐標系，得到想要的數據信息。

　　4.應用實例

　　4.1實驗概況

　　本次試驗在甘泉鐵路包頭段（K126000.000—K127549.790）進行，其中該段包括路基，橋梁，涵洞，路塹等基礎形式；線形包括直線、緩和曲線、圓曲線；采用Surphaser25HSX型號的激光掃描儀，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志，鐵路兩側安放平面反射標志，且每站標志相距25m，并且交替安放[1]，控制點布置圖如圖1，掃描儀及標靶安放布置圖如圖2。

　　4.2數據采集

　　掃描儀在水平和垂直方向都是360°旋轉，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掃描不到，會出現一半徑較小的測量漏洞，而且隨儀器放置高度增加，漏洞半徑越大，這樣會對關鍵數據造成影響，所以在線路測量中，一定要避免。本次試驗采用有腳架中心測（如圖3），有腳架雙邊測（如圖4），無腳架中心測（如圖5）等三種方法對軌道進行測量，在有腳架中心測側段內，掃描儀布置在兩股鋼軌之間；有腳架在雙邊測段內，為了獲得兩股鋼軌內側點位信息，將掃描儀按“之”字形布置在軌道外側依次進行掃描。掃描儀最佳掃描距離為30m，在兩股鋼軌上每25m布置兩個球形標靶，且兩個標靶前后錯開3m左右距離，在球形標靶布置位置旁的基礎上布置一個平面標靶，并沿“之”字形布置。無腳架中心測段內，將掃描儀放置在鋼軌上進行掃描，由于掃描高度降低，其掃描距離減小，故除將兩邊標靶向掃描儀移近10m，其它布置方式與有腳架中心測方式相同。

　　4.3數據處理

　　利用cyclone和geomagic軟件對外業采集的數據（共103站）先后進行去噪[2-3]，補洞，拼接等處理，有腳架中心測軌道部分數據缺失，需要做補洞處理[4]，由于無腳架中心在中央形成的黑洞不影響鋼軌數據，故不做補洞處理，將形成的整體點云圖形成獨立坐標系并回歸絕對坐標。生成準確的三角網模型，在軟件中進行修補等，生成準確的實物數字模型[5]。

　　4.4數據分析

　　為了精確比較施測精度，首先采用常規方法得到中樁坐標，利用Geomagicqualify軟件，將處理的數據與用常規方法測得中線上精確點位信息相對比[6]，標準偏差為0.174m，最大上偏差為0.784m，最大下偏差為0.334m，在±0.14m點數為74.7%，隨機選取13個點得出表1和圖6所示數據，C001-C003為有腳架中心測測段內，C004-C011為有腳架雙邊測測段內，C012-C013為無腳架中心測測段內。

　　從表1和圖6可以看出，掃描數據生成的與常規（下轉第236頁）（上接第234頁）方法獲得的有所不同，原因分析如下：（1）針對于有腳架中心測方法，其掃描漏洞影響到鋼軌頂面數據，雖然在兩站進行拼接時將漏洞修補，但修補的數據離掃描儀較遠，其誤差相對較大；有腳架雙邊測方法，因為在一邊掃描，只能得到遠離掃描儀的鋼軌內側數據，而靠近掃描儀的鋼軌內側數據沒有，需將掃描儀移到下一站進行掃描，故“之”字形掃描后，其拼接的數據亦是將下站誤差較大數據拼接到上一站數據中；無腳架中心測方法，將掃描儀直接放到軌枕上，由于軌枕上表面會有灰塵等雜物，掃描時會出現振動，加大數據偏差。從圖中看出偏差僅為3mm，滿足既有線精度調整要求。（2）由于平面標靶用膠帶粘貼在腳架上，同一標靶在不同站使用時，其反射角度不同，其獲得數據也不盡相同，使偏差值變大。（3）其它原因，在測量過程中，有段時間內由于風力太大，平面標靶或許有少量偏移，儀器會有些震動，加大的數據的偏差。

　　5.結論

　　此次試驗，是針對激光掃描儀在既有線中施測方法的研究，對1.5km既有鐵路分3種方法進行掃描，得到掃描數據，然后對數據進行拼接處理，并與常規方法進行比較。較其它傳統方法，利用掃描儀對既有線施測優點是：操作容易，無需整平等操作；節省人力，一組只需配置2人；節省時間，采集一站數據只需用3分鐘；非接觸式測量，對運營影響較小；受天氣影響小，只需接收到物體的反射光線，就可以得到所需點云數據；在測量中采用球形標靶有效減小反射及拼接誤差；本次試驗是在冬季進行，軌溫在20℃以下，減小采集誤差。故利用激光掃描儀進行既有線測量快速，高效，本方法值得推廣。

　　本次試驗中尚存在一些問題：在采集數據過程中，基于是接收物體反射線來采集數據，在采集軌道幾何狀態時，需要將軌道表面雜物清除干凈，以免影響測量精度；在內業處理數據時，由于數據量太大，對電腦配置要求較高，需使用專門軟件進行處理。在數據篩選及處理軟件方面需要進一步優化。

　　參考文獻：

　　[1]李建強.地面激光掃描技術在既有鐵路勘測中的應用研究[J].鐵道建筑，2012（4）：128-132.

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　　[4]徐源強，高井祥，張麗，王堅，鄭南山.地面三維激光掃描的點云配準誤差研究[J].大地測量與地球動力學，2011（4）：129-132.

　　[5]李德江，張延波，于曼竹，姜麗麗，曲雪光.基于掃描模式的點云修復技術研究[J].測繪與空間地理信息，2011（12）：159-171.

　　[6]趙長石，韓峰.鐵路中樁坐標統一計算模型[J].蘭州交通大學，2009（2）：49-51.