陆路交通基础设施空间跨度大、地理条件复杂、勘测难度大，《陆路交通智能测绘技术及应用》从陆路交通数字化全生命周期智能测绘需求出发，对空天地一体跨尺度铁路交通协同智能测绘体系、关键技术和应用进行全面阐述，系统介绍综合集成北斗卫星导航、视觉导航定位、卫星遥感、三维激光雷达、倾斜摄影测量、多传感器集成移动测量、人工智能测图等陆路交通智能测绘技术，海量多源地理空间信息数据管理与可视化服务等技术及相应的应用实例，为陆路交通勘测、设计和运维提供高精度、高质量三维实景地理信息服务。

第1章绪论
　　陆路交通作为现代社会经济发展的支柱，正经历着深刻的变革。从铁路到公路，陆路交通系统的建设和运营不仅承载着巨大的社会需求，也面临着日益复杂的技术挑战。本章探讨陆路交通的发展历程，分析当前面临的关键工作与挑战，并展望未来的发展趋势。从基础设施建设、技术创新和运输现状出发，阐述陆路交通测绘在勘察设计、施工建设和运营维护各阶段的重要作用。聚焦“天、空、地、海”四大类测绘技术的*新进展与应用，探讨数智化转型对陆路交通测绘的深远影响。
　　1.1概述
　　1.1.1交通强国战略与陆路交通
　　交通是人类生存的基本条件之一，也是人类文明形成、发展及文化交流的重要标志和基础保障。交通是兴国之要、强国之基，在社会经济发展中扮演着至关重要的角色，不仅在基础设施建设中占据重要地位，而且与经济增长密切相关。2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，明确从2021年到本世纪中叶，我国将分两个阶段推进交通强国建设。到2035年，基本建成交通强国，拥有发达的快速网、完善的干线网、广泛的基础网“三张交通网”，基本形成“国内出行”（都市区1小时通勤、城市群2小时通达、全国主要城市3小时覆盖）和“全球快货物流”（国内1天送达、周边国家2天送达、全球主要城市3天送达）“两个交通圈”，如图1-1所示；到本世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国，全面服务和保障社会主义现代化强国建设，人民享有美好交通服务。
　　我国幅员辽阔、地形复杂，交通发展向来是水陆并举，各有闻名世界的巨大成就。耕种土地是我国人民生存的基本方式，陆路交通自古便是重中之重，铁路、公路及其间连接的桥梁、隧道等，共同构成了连接全国各地的交通网络，被誉为“大动脉”和“输血管”，承担着连接各地区的重要功能，是国民经济发展的重要支撑，在国家治理及内外经济文化交流中发挥着突出作用。
　　从交通基础设施和运输形式来分，陆路交通主要包括铁路运输和公路运输，桥梁、隧道等交通设施也划属于铁路和公路。本书在论及陆路交通时，也主要分铁路和公路两种交通形式，不单*区分铁路、公路的桥梁、隧道等其他交通形式。
　　铁路运输通过轨道车辆进行，具有多项显著优势，如运量大，可以一次性运输大量的货物和人员；铁路运输能耗低，更加环保；铁路运输受气候影响小，能够在各种天气条件下保持稳定运行。这些特点使铁路特别适合长距离和大宗货物的运输，以及大规模的客运服务。铁路网络的不断扩展和高速铁路的发展，极大地提升了运输效率，促进了地区间的经济联系和社会交流。
　　公路运输则依托车辆在铺设好的道路上行驶，展现出极高的灵活性和适应性。公路交通覆盖面广，能够通达几乎所有的城乡区域，满足人们日常生活和经济活动的多样化需求。公路运输的灵活性表现在其能够随时随地进行调整，适应各种运输任务，从短途的个人出行到中短距离的货物运输，公路系统都能高效完成。随着高速公路和城市快速路网的建设和完善，公路运输的速度和便利性得到了显著提升，进一步推动了区域经济的发展和城乡一体化进程。
　　1.1.2陆路交通发展现状
　　我国铁路发展已经跨越了百年历程。在此期间，我国铁路经历了前所未有的大发展，铁路建设不断以高效的速度、先进的技术大步迈向新时代，并成为全球*令人瞩目的铁路建设和运营案例之一。20世纪80年代我国开始高速铁路的研究，于1999年建成**条高速铁路。在之后的短短几年间，我国铁路建成了“八横八纵”的铁路路网，承担了绝大多数的客运量。目前，我国已经拥有了全世界*大规模和*高运营速度的高速铁路网。截至2023年底，我国铁路营业里程达到15.9万km，其中高速铁路（高铁）营业里程达到4.5万km。我国高速铁路营业总里程超过世界高铁总里程的2/3，成为世界上高铁里程*长、运输密度*高、成网运营场景*复杂的国家。高速列车以300km/h以上的速度运行，大大缩短了城市间的旅行时间，促进了经济和社会的发展（丰明海，2020）。
　　公路是覆盖范围*广、服务人口*多的交通基础设施。党的十八大以来，我国公路建设取得历史性成就，为加快交通强国建设奠定了坚实基础。截至2022年底，我国公路总里程达到535万km，十年增长112万km，其中高速公路通车里程17.7万km，稳居世界**。其中，京沪、京港澳、沈海、沪昆等国家高速公路主线分段实施扩容升级，国家高速公路六车道以上路段增加1.84万km。普通国道二级及以上占比、铺装路面占比达到80%和99%，较十年前分别提高约10%和13%，路网结构进一步优化。
　　我国陆路交通的大发展是一个全面的进程，涵盖了基础设施建设、技术创新、服务优化、环境保护和国际合作等多个方面。20世纪末至今，我国铁路、公路等陆路交通不仅在高速铁路建设上取得了举世瞩目的成就，还在整个铁路、公路网络的现代化、智能化及服务水平上持续深化改革与创新（殷玮川等，2020）。随着我国铁路、公路向“智能铁路”“智慧公路”的转变，在技术创新、服务优化和国际合作等方面发力，我国不断推进“一带一路”等国际合作项目，铁路、公路的发展也将在推动全球交通网络互联互通、促进经济社会发展及加强文化交流方面，继续发挥*特和重要的作用，为我国乃至世界的交通运输和经济社会发展做出重要贡献。
　　1.1.3陆路交通建设工作
　　陆路交通建设工作是一个涵盖多个领域和专业的广泛行业，面临着许多不同的工作任务。陆路交通建设的*要工作是基础设施建设与维护，还包括建设维护的技术创新与应用，交通运营中的安全保障、服务质量提升，以及市场竞争与合作等方面。
　　1.基础设施建设与维护
　　在铁路基础设施建设与维护方面，新线铁路建设是未来进一步满足运输需求和提升运输效率的*要工作，铁路建设正在继续扩展高速铁路网络，连接更多的城市和地区，提高全国范围内的交通连通性。同时，发展城际铁路，缩短城市群内部的交通时间，促进区域经济一体化。维护工作是铁路安全运营的保障，需要定期检查和维护铁路轨道，确保轨道平整无损，防止列车脱轨事故，对铁路桥梁进行定期检查和维修，确保桥梁结构安全稳固，对铁路隧道进行通风、排水和结构检查，防止水害和坍塌事故。此外，对自然灾害（如洪涝灾害、地质灾害）提前进行防护，洪水多发地区可建设防洪设施，确保铁路在极端天气条件下的安全运行，提前预防山体滑坡、岩石崩塌等对铁路的威胁。
　　与铁路类似，公路基础设施建设与维护是公路交通建设的核心任务之一。现代数字技术赋能公路交通是目前的一大热点。公路基础设施建设包括道路的规划设计、施工建设以及桥梁和隧道的建设，需要结合地理、气候和交通流量等因素，进行科学合理的规划和建设，推动公路勘察、设计、施工、验收交付等数字化，促进基于数字化的勘察设计流程、施工建造方式和工程管理模式变革。公路的维护工作则涉及道路的日常养护、修复和升级，确保公路的通行能力和安全性。结合公路大中修工程和日常检测等，逐步实现存量公路的数字化，重点完善地理信息、线形指标、安全设施、服务设施等信息，为精准实时导航、车路协同、自动驾驶及安全风险管理等提供支撑，推动建设实体公路和数字孪生公路两个体系，不断提升路网质量效率，降低运行成本。
　　2.技术创新与应用
　　在技术创新与应用方面，铁路行业正致力于推进智能化和信息化建设，以提高运营效率和服务质量。自动驾驶列车技术的研发和应用，以及更先进的智能调度系统的开发，都旨在提高列车运行的安全性和效率，实现列车运行的*优化调度，减少延误并提高线路利用率。此外，引入智能检测和维修技术，如无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）巡检和机器人维修，有助于提高设施维护的效率和准确性。安全技术的提升也是铁路行业技术创新的重点。部署更先进的轨道、桥梁、隧道监测系统，能够实时监控设施状态，预防安全事故。同时，完善铁路应急救援技术和设备，提高应对突发事件的能力，确保乘客和货物的安全运输。
　　公路行业的技术创新与应用同样至关重要。现代公路建设中引入了大量新技术，如智能交通系统（intelligent transportation system，ITS）、绿色环保材料和施工技术等。这些技术的应用不仅提高了公路运输的效率和安全性，也促进了节能减排和环境保护。公路行业的安全保障包括交通安全设施的设置、道路交通管理和应急救援体系的建立。
　　1.1.4陆路交通面临的挑战
　　1.陆路交通规划
　　陆路交通规划需要综合考虑区域的地理、经济和社会特征。通过对交通需求的深入分析，合理确定铁路和公路的布局和走向，确保交通资源的高效利用。现代陆路交通规划强调多种交通方式的融合与协调。通过构建综合交通运输体系，实现铁路、公路、城市轨道交通和公共交通的无缝衔接，提升整体运输效率。此外，绿色和可持续发展理念在陆路交通规划中也占据重要地位。规划需充分考虑环境保护和资源节约，通过推广绿色交通技术和措施，降低交通对环境的影响，推动交通系统向低碳、环保方向发展。
　　2.陆路交通建设
　　陆路交通建设在迎接机遇的同时，也面临着一系列挑战。*先，铁路和公路建设都需要巨额投资。铁路线路建设、车辆设备更新、技术创新等方面的投入需要大量资金支持；同样，公路的扩建、养护和技术升级也需要持续的资金投入。其次，铁路和公路运输的安全保障和服务质量提升是一个长期而艰巨的任务。铁路运输涉及大量人员和设备，安全风险较高，因此需要不断加强安全管理和技术创新，提高运输安全水平。公路交通同样面临安全挑战，交通事故的防范和应急响应能力的提升至关重要。*后，陆路交通运输还需要应对人才短缺和管理不足等问题。铁路和公路运输的发展离不开专业人才的支持，需要加强人才培养和管理创新，提高组织运行效率和管理水平。
　　3.陆路交通运营与维护
　　陆路交通的维护是确保铁路系统安全、可靠和高效运行的关键。*先，铁路和公路网络的规模性和复杂性本身就是一大挑战。随着这些系统的不断扩展，维护工作的范围和复杂度也相应增加。例如，我国西部铁路持续高速发展背后暴露出的问题——铁路无人化、少人化管理，将成为我国铁路全生命周期面临的巨大难题。我国西部地区辽阔、人口密度较小，铁路无人值守站越来越多，且沿线存在很多环境恶劣的地方，导致人工监控难度较大；铁路出现病害时监测、观测频率升高，仅靠人工管理无法完成。不仅仅是铁路，公路系统也涉及众多组成部分，包括路面、桥梁、隧道、交通信号和车辆管理，每个部分都需要定期检查、维修和更新，这需要大量的人力、物力和财力投入。此外，陆路交通维护工作往往需要在不影响正常运营的情况下进行，这对维护工作的时间安排和效率提出了严格要求。特别是在高速铁路、高速公路和城市轨道交通等高密度运营的线路上，维护窗口时间有限，工作人员需要在短时间内完成复杂的维修任务，这对维修技术和组织协调能力提出了更高的要求。
　　1.2陆路交通测绘的内容与发展趋势
　　1.2.1陆路交通测绘内容
　　陆路交通测绘是陆路交通工程建设和维护中不可或缺的一个环节，它涉及铁路和公路线路的规划、设计、施工和运营各个阶段（武瑞宏，2021）。陆路交通测绘的主要任务是获取铁路和公路线路及其周边环境的准确地理信息，为选线、设计和施工提供科学依据。按照陆路交通工程建设和运营阶段的不同，陆路交通测绘可分为勘察设计阶段的测量工作（勘测）、施工建设阶段的测量工作（施工测量）、运营维护阶段的测量工作（运营监测）。以铁路测绘为例，图1-2展示了铁路工程建设各阶段的主要测量工作内容（中国铁路设计集团有限公司，2018）。
　　1.2.2陆路交通测绘发展趋势
　　随着空间技术、计算机技术、信息技术及通信技术的发展，测绘科学技术在这些新技术的支持和推动下，发展成以“3S”技术为代表的现代测绘科学技术，使测绘学科从理论到手段均发生了根本性的改变。陆路交通测绘领域同样也有深刻的变化，从*初的偏重勘测设计阶段的工程测量，到目前在勘测设计、施工建设、运营管理

目 录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 交通强国战略与陆路交通 1
1.1.2 陆路交通发展现状 2
1.1.3 陆路交通建设工作 3
1.1.4 陆路交通面临的挑战 4
1.2 陆路交通测绘的内容与发展趋势 5
1.2.1 陆路交通测绘内容 5
1.2.2 陆路交通测绘发展趋势 5
1.3 天空地海测绘遥感技术发展 7
1.3.1 “天”类测绘遥感技术 8
1.3.2 “空”类测绘遥感技术 10
1.3.3 “地”类测绘遥感技术 12
1.3.4 “海”类测绘遥感技术 14
1.4 数智化转型对陆路交通测绘的挑战 15
1.4.1 数字化和智能化技术发展 15
1.4.2 陆路交通数智化转型 16
1.4.3 对陆路交通测绘的挑战 16
1.5 本章小结 17
参考文献 17
第2章 陆路交通智能测绘：定义、范围与技术框架 18
2.1 从数字化、信息化测绘到智能测绘 18
2.1.1 早期测绘 18
2.1.2 数字化、信息化测绘 19
2.1.3 智能化测绘 19
2.2 陆路交通数智化设计中的测绘：需求和特征 19
2.2.1 数智化设计需求 19
2.2.2 陆路交通测绘特征 20
2.3 陆路交通智能测绘的内容与范围 21
2.3.1 陆路交通智能测绘内容 21
2.3.2 陆路交通智能测绘范围 23
2.4 陆路交通智能测绘技术框架 25
2.4.1 陆路交通工程数智勘测内涵与框架 25
2.4.2 数智勘测关键技术 27
2.5 本章小结 30
参考文献 30
第3章 GNSS陆路交通智能测绘技术 32
3.1 GNSS技术及其发展应用 32
3.1.1 GNSS技术简介 32
3.1.2 GNSS技术在铁路领域的发展应用 33
3.2 GNSS快速精密定位 35
3.2.1 GNSS原始观测值 35
3.2.2 GNSS地基增强定位技术 35
3.2.3 GNSS星基增强定位技术 37
3.3 铁路星基/地基增强系统建设 38
3.3.1 铁路工程带状高精度北斗地基增强技术 38
3.3.2 北斗地基增强铁路精密控制测量技术 44
3.4 基于北斗地基增强的勘测应用体系 50
3.4.1 应用体系总体架构 50
3.4.2 铁路工程精密控制测量应用 50
3.4.3 RTK位置服务测量应用 53
3.5 基于有色噪声滤波的GNSS监测技术 62
3.6 应用案例 63
3.6.1 宜涪铁路地基增强系统建设 63
3.6.2 南昌局既有铁路北斗基准站网建设 68
3.6.3 铁路边坡监测案例 68
3.6.4 铁路桥梁监测案例 72
3.7 本章小结 78
参考文献 78
第4章 视觉/GNSS/惯导多源融合定位与智能测绘技术 79
4.1 多源融合导航定位技术及其发展 79
4.1.1 多源融合导航定位技术概述 79
4.1.2 多源融合导航定位技术形式 80
4.1.3 多源融合导航定位发展趋势 82
4.2 影像视觉定位技术 83
4.2.1 影像视觉定位技术概述 83
4.2.2 单目/双目视觉导航定位技术 83
4.2.3 全景视觉融合导航定位方法 87
4.3 激光雷达视觉定位技术 91
4.3.1 激光雷达视觉定位技术概述 91
4.3.2 激光雷达视觉定位技术发展 93
4.3.3 基于图优化模型的激光雷达视觉定位方法 93
4.4 GNSS/IMU/SLAM融合定位技术 98
4.4.1 GNSS/IMU/SLAM融合定位技术概述 98
4.4.2 面向非接触式移动测量的辅助惯导定位方法 99
4.4.3 基于图优化的多源融合定位 103
4.4.4 GNSS/IMU/SLAM融合定位实验 106
4.5 多源融合导航定位技术陆路交通智能测绘应用 107
4.5.1 地铁巡检小车定位定姿 107
4.5.2 地铁轨道不平顺度测量 109
4.6 本章小结 112
参考文献 112
第5章 卫星遥感陆路交通智能测绘技术 114
5.1 卫星遥感立体测图技术与发展 114
5.1.1 卫星遥感立体测图原理 114
5.1.2 卫星遥感立体测图优势 115
5.1.3 卫星遥感立体测图技术发展 115
5.2 典型的立体测图卫星 116
5.2.1 美国立体测图遥感卫星 116
5.2.2 法国立体测图遥感卫星 118
5.2.3 中国立体测图遥感卫星 118
5.3 卫星遥感立体测图铁路勘测工程应用 121
5.3.1 卫星遥感铁路选线 121
5.3.2 卫星遥感铁路前期勘测 121
5.3.3 卫星遥感桥梁工程监测 122
5.4 卫星遥感立体测图技术公路设计线路勘测 123
5.4.1 应用背景 123
5.4.2 技术方法 123
5.4.3 应用案例 124
5.5 雷达卫星干涉测量陆路交通变形监测 127
5.5.1 卫星合成孔径雷达干涉测量 127
5.5.2 InSAR沉降监测原理 127
5.5.3 时序InSAR交通线路变形监测——上海磁悬浮列车轨道 130
5.6 基于多源遥感的青藏铁路沿线生态环境时空变化分析 134
5.6.1 青藏铁路沿线不同时空尺度下遥感生态因子变化趋势 134
5.6.2 青藏铁路建设前后沿线遥感生态环境质量演变过程 135
5.7 本章小结 135
参考文献 136
第6章 无人机倾斜摄影测量陆路交通智能测绘技术 137
6.1 无人机遥感技术发展与应用 137
6.1.1 无人机遥感技术概述 137
6.1.2 无人机遥感技术发展 139
6.1.3 无人机遥感技术应用 139
6.2 无人机倾斜摄影测量技术 140
6.2.1 无人机倾斜摄影测量技术概述 140
6.2.2 无人机倾斜摄影测量系统组成 141
6.2.3 无人机倾斜摄影测量数据获取 141
6.2.4 无人机倾斜摄影测量建模方法 147
6.3 无人机全景倾斜摄影测量技术 151
6.3.1 无人机全景倾斜摄影测量技术概述 151
6.3.2 无人机全景倾斜摄影测量相关原理 152
6.3.3 基于多视投影的无人机全景视频三维重建技术 155
6.3.4 无人机全景倾斜摄影测量三维建模分析 159
6.4 无人机倾斜摄影测量陆路交通智能测绘应用案例 163
6.4.1 神朔铁路双岩畔隧道至霍家梁隧道出口模型生成 163
6.4.2 长赣铁路萍乡段途经区域及其周边区域模型构建 165
6.4.3 武汉绕城高速公路中洲至北湖段改扩建工程模型构建 167
6.5 本章小结 168
参考文献 168
第7章 地面激光雷达扫描陆路交通智能测绘技术 169
7.1 地面激光雷达扫描技术发展与应用 169
7.1.1 地面激光雷达扫描技术概述 169
7.1.2 地面激光雷达扫描技术研究现状 170
7.1.3 地面激光雷达扫描应用 171
7.2 地面激光雷达陆路交通数据获取 172
7.2.1 地面激光雷达扫描仪设备 173
7.2.2 地面激光雷达数据采集 174
7.3 地面激光雷达点云处理技术 175
7.3.1 地面激光扫描坐标转换解算 175
7.3.2 地面激光点云直接配准 178
7.3.3 基于特征的地面激光点云配准 179
7.3.4 地面激光点云多站自动拼接 181
7.3.5 地空异源点云配准方法 182
7.4 地面激光雷达陆路交通智能测绘应用案例 184
7.4.1 拉林线危岩体三维激光扫描 185
7.4.2 天津西站隧道点云时空变形探测 186
7.4.3 铁路隧道钢轨提取与限界检测 188
7.4.4 汉十高铁枣阳段既有铁路中线勘测 190
7.5 本章小结 192
参考文献 192
第8章 机载激光雷达陆路交通智能测绘技术 194
8.1 机载激光雷达遥感技术发展与应用 194
8.1.1 机载激光雷达遥感技术概述 194
8.1.2 机载激光雷达遥感技术研究现状 195
8.1.3 机载激光雷达遥感技术应用 197
8.2 机载激光雷达陆路交通数据获取 198
8.2.1 机载激光雷达遥感设备 198
8.2.2 机载激光雷达数据采集 199
8.3 机载激光雷达点云处理技术 201
8.3.1 机载激光雷达观测与解算 201
8.3.2 机载激光雷达点云航带平差 204
8.3.3 机载激光雷达点云滤波生成DEM技术 209
8.4 多载荷协同无人机遥感集成系统装备 210
8.4.1 集成系统设备组成 211
8.4.2 集成设备工作流程 212
8.5 机载激光雷达陆路交通智能测绘应用案例 213
8.5.1 董梁高速公路横断面测量 214
8.5.2 南宁至百色高速公路测绘 215
8.5.3 武汉四环线改扩建工程扫描 216
8.6 本章小结 218
参考文献 218
第9章 多传感器集成移动测量陆路交通智能测绘技术 219
9.1 多传感器集成移动测量技术与系统 219
9.1.1 多传感器集成与移动测量概述 219
9.1.2 多传感器集成陆路交通移动测量原理与特点 220
9.1.3 多传感器集成陆路交通移动测量误差分析 222
9.1.4 多传感器集成陆路交通移动测量关键技术 223
9.1.5 多传感器集成移动测量应用 230
9.2 车载移动道路测量系统 232
9.2.1 公路智能测绘的背景与需求 232
9.2.2 车载移动道路测量智能测绘技术 233
9.2.3 车载移动道路测量智能测绘应用 236
9.3 铁路移动三维激光全景扫描系统 237
9.3.1 既有铁路勘测与检测背景与需求 237
9.3.2 铁路移动三维激光全景扫描系统组成 239
9.3.3 铁路移动三维激光全景扫描既有线测量 241
9.3.4 铁路移动三维激光全景扫描隧道测量 248
9.4 移动测量陆路交通智能测绘应用案例 250
9.4.1 京哈高速公路（拉林河至德惠段）改扩建工程 250
9.4.2 巴基斯坦1号铁路干线（ML1）既有线大修勘测 251
9.4.3 青藏铁路格拉段电气化改造项目 252
9.4.4 地铁隧道检测项目 253
9.5 本章小结 255
参考文献 255
第1