激光雷达：在轨道交通领域的应用

激光雷达（LiDAR, Light Detection and Ranging）技术，作为一种主动遥感技术，通过发射激光束并测量反射信号来获取目标物体的精确三维空间信息，正日益成为推动轨道交通行业安全、效率和自动化水平提升的关键技术。其应用范围广泛，涵盖了从高速铁路、地铁到轻轨、云轨，乃至货运铁路和工业内部运输等多种轨道交通形式。

1. 车端定位

列车钻进隧道时，GPS信号会“迷路”，在此类环境下的精确定位对于保障运行安全至关重要。激光雷达能通过发射激光束，像撒网一样扫描隧道墙壁，再用算法把实时扫描的“点云地图”和预先建好的隧道模型比对，可以持续精确地确定列车位置，误差小于5厘米！为提高鲁棒性，LiDAR常与惯性测量单元（IMU）紧密耦合，形成LiDAR惯性里程计（LIO），以补偿LiDAR在特征稀疏或重复性高的隧道环境（如长直、光滑壁面）中可能出现的退化问题。此外，还可以融合轮速里程计等信息进一步提升定位精度和可靠性。

2. 低速场景的防撞预警

列车进出站时速度较低，但环境复杂，人员和设备活动频繁，是事故高发区域。车端安装的LiDAR能够实时扫描轨道及站台边缘区域，检测是否有人员、行李、或其他设备侵入限界，一旦发现潜在碰撞风险，可联动列车紧急制动系统，有效防止低速碰撞事故。

针对景区小火车、云轨等运行环境相对开放、可能存在视觉盲区的场景，LiDAR也可用于扫描车辆底部及侧方等驾驶员视线难以覆盖的区域，及时发现可能闯入的小动物、儿童或遗落物品，并通过蜂鸣器等方式发出预警。

3. 恶劣环境适应性 

清雪轨道车作业：在冬季降雪地区，轨道积雪或结冰严重影响列车运行安全。清雪轨道车需要能在暴雪雾等低能见度条件下作业。LiDAR，特别是具有一定恶劣天气穿透能力的型号（如特定波长、采用多回波技术），能够穿透雪幕，有效识别轨道边界和积雪/冰凌分布，精准引导清雪装置；

高温粉尘环境：在钢铁厂或煤炭、矿石运输等工业场景中，轨道交通系统常面临高温、扬尘等极端环境。LiDAR系统（尤其是经过特殊设计和防护的）能够在这些环境下保持稳定工作，例如用于铁水罐车的定位防撞或散货车皮的装载监控。

1. 轨道巡检与病害检测

搭载激光雷达的无人机或检修车驶过铁轨，能生成高密度三维点云模型，通过分析点云数据，可以检测多种轨道病害，包括轨道几何形变（如轨距、水平、高低）、线路沉降、道床塌陷、道砟缺失或板结、扣件丢失或松动、钢轨磨损及表面缺陷（如擦伤、剥离、裂纹）等。

对于沿山体修建的铁路线路，可利用固定式或定期重复扫描的LiDAR对潜在风险边坡进行长期监测。通过对比不同时期的点云数据，分析坡体位移和变形，可以提前1-2小时预警滑坡或泥石流等地质灾害，为采取应急措施争取宝贵时间。

高精度高密度的三维点云数据，既能检测明显故障，也能捕捉毫米级早期病害。通过配准比对不同时期的 LiDAR 扫描数据，可量化分析轨道结构几何状态的变化过程。基于这些时序数据建立轨道退化模型，能预测病害及发展趋势。据此，铁路部门可科学制定维护计划，提前干预，提升线路安全性，降低维护成本，减少对运营的干扰。

2. 弓网系统检测（接触网与受电弓）

接触网（OCS）的几何状态直接影响列车的稳定受流。利用安装在检测车上的LiDAR系统，可以非接触、高效率地测量接触网的关键几何参数，包括接触线的高度（导高）、相对于轨道中心线的偏移量（拉出值）、以及接触线的磨损程度。同时还能检测接触网上的结构缺陷，如线股断裂、裂纹，以及悬挂的异物（如风筝线、鸟巢等）。还可以获取接触网支柱的精确三维形态，通过分析其垂直度（倾斜度），可以评估支柱的稳定性，及时发现倾斜、变形等问题，预防因支柱倒伏导致接触网事故。

受电弓是列车取电的关键部件，其状态直接影响供电安全。LiDAR 结合高速相机等传感器可构成弓网综合监测系统，用于监测受电弓滑板磨损（剩余厚度）、姿态（倾斜 / 偏摆）及弓网接触状态（离线、燃弧等）；利用 LiDAR 获取的接触网精确位置，为分析受电弓动态响应提供基准；一些系统采用线路旁安装方式，在列车通过时抓拍分析。

基于 LiDAR 的检测车可生成接触网三维点云模型，通过与历史数据或设计基准比对，识别当前几何偏差与缺陷，分析发展趋势并预测未来状态；借助深度学习等 AI 技术提升点云中接触网部件的自动识别率。以自动化系统替代或补充人工检查，提高检测效率与覆盖面。

1. 智能安防与运营优化

在车站等人员密集区域，LiDAR 扫描关键点位可实时精准统计客流量和人群密度，生成“热力图”。数据可用于优化列车调度、疏导客流，还支持商业分析（如评估商铺租金、优化广告位设置）。

通过三维点云数据解析行人运动轨迹与姿态，借助步态分析算法，能快速识别摔倒、晕厥等异常行为，联动应急系统将响应时间缩至 2 分钟内。同时，还可检测行李滞留、区域拥堵、人员被困等情况并自动报警。

2. 资产保全与环境监测

在车站能源站、信号室等重点区域，LiDAR 可于夜间或非运营时段进行周界防护。它能精准识别人员、车辆、动物等移动目标，一旦检测到非法入侵立即报警，还可联动摄像头或无人机跟踪确认。

站台安全门关乎乘客安全，LiDAR 可安装于站台门附近，实时扫描门前及门缝区域，实时监测是否有乘客或物品被夹在门中，或是否有人在非正常情况下（如列车未到站时）试图穿越站台门进入轨道区域。

1. 散货运输监控

货运车皮装满后，激光雷达通过扫描货物表面，快速生成三维模型，结合货物密度估算其重量，精度可达99%以上！还能检测货物重心是否偏移超出安全阈值，发出预警，提示调整装载或限制运行速度，以防止车辆倾覆或脱轨。防止货物在运输过程中发生撒漏，造成损失和环境污染。

2. 集装箱搬运辅助

在港口或铁路集装箱堆场，激光雷达可以快速扫描并生成整个堆场的三维模型，精确记录每个集装箱的位置、层数和姿态（精度可达±2厘米），辅助起重机等设备精准抓箱和放箱作业。港铁联运时，它还能追踪转运车辆位置，优化调度，缩短集装箱滞港时间。

3. 火车自动摘挂钩辅助

传统火车摘挂钩依赖人工操作和目视判断，效率低且存在安全风险，现在激光雷达可实现摘挂钩作业的自动化辅助。通过扫描车厢端部轮廓（重点车钩、缓冲器区域），可实时精准测量水平/垂直方向对齐偏差；持续监控车厢相对位置与姿态，检测异常晃动、偏移或轨道微变形，预警脱轨风险。为自动化摘挂钩机器人提供精确引导，规划机械臂轨迹自动完成连接，还能扫描确认锁闭状态，安全又高效。

1. 钢铁厂内部安全监控与风险预警

在钢铁厂，运输高温铁水的罐车是重大危险源，通过激光雷达扫描，实现罐体倾斜角度、内部铁水液位（结合算法）的动态监测，防止因倾斜过度或晃动导致铁水溢出/罐车倾覆，还能完成罐车实时定位、轨迹跟踪及防撞预警。

2. 有轨台车运行安全保障

实时扫描轨道上散落废钢、矿渣等障碍物，避免台车脱轨；在粉尘、极端温度场景中，持续扫描车皮装载物，识别重心偏移、超载、货物尺寸超限（超高 / 超宽）等违规情况，优化装载方式，减少轨道不均匀磨损，降低能耗。同步检查车厢超高、篷布破损、非法攀爬人员或悬挂异物等，实现装载与运输安全的全流程管控。