激光雷達(dá)技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

張威峰

新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆 石河子 832000

引言

我國(guó)的建筑工程行業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力是很大的，當(dāng)然除了競(jìng)爭(zhēng)之外，也擁有著有目共睹的機(jī)遇，而在建筑工程當(dāng)中，質(zhì)量問(wèn)題是每一個(gè)人都關(guān)心的問(wèn)題，建筑工程的測(cè)繪作業(yè)能夠直接影響建筑工程的質(zhì)量，因此也受到人們的普遍關(guān)注。對(duì)于建筑工程當(dāng)中的測(cè)繪作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以有效了解其工作過(guò)程中存在的問(wèn)題，并及時(shí)找到科學(xué)的方式進(jìn)行彌補(bǔ)，從而促使我國(guó)建筑工程的測(cè)繪作業(yè)質(zhì)量控制工作落到實(shí)處。

1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)簡(jiǎn)介

激光雷達(dá)測(cè)量和測(cè)繪，又稱激光雷達(dá)技術(shù)，通過(guò)電磁波將信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)量位置，將傳輸?shù)男盘?hào)與接收的信號(hào)進(jìn)行比較，并正確計(jì)算被測(cè)物體的寬度、高度和距離，以及物體是否靜止或移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體的測(cè)量和跟蹤。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以同時(shí)獲得三維空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展的效果[1]。使用pointools、RealWorks和其他點(diǎn)云處理，建模軟件可以增強(qiáng)數(shù)字模型。該先進(jìn)數(shù)字模型可以獲得以前測(cè)量方法無(wú)法測(cè)量的高精度三維空間數(shù)字信息，具有速度快、精度高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。Lidar映射與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，可以全天候監(jiān)測(cè)干旱、洪水和地震災(zāi)害等自然災(zāi)害，提供災(zāi)害預(yù)防和救援的實(shí)時(shí)預(yù)警，并應(yīng)用于工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)交通安全系統(tǒng)智能管理的目標(biāo)，科學(xué)規(guī)劃城市規(guī)劃，進(jìn)一步推進(jìn)環(huán)境保護(hù)建設(shè)。

2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)流程

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程可歸納為：激光掃描→獲取高密度、高精度激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)字圖像→數(shù)據(jù)處理→制造高精度數(shù)字產(chǎn)品。以常用機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)為例，其具體應(yīng)用要點(diǎn)如下[2]：①數(shù)據(jù)采集：根據(jù)工程測(cè)繪的背景和任務(wù)要求合理選擇激光雷達(dá)系統(tǒng)和飛行平臺(tái)，實(shí)施控制測(cè)量和航路設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)采集的有效性。②數(shù)據(jù)處理：激光測(cè)距系統(tǒng)掃描獲得的原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)需要數(shù)據(jù)預(yù)處理、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類處理才能得到優(yōu)化的激光點(diǎn)云。③生產(chǎn)高精度數(shù)字產(chǎn)品：包括數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正交攝影地圖（DOM）、數(shù)字線路制圖DLG和地面線路等。

3 建筑工程測(cè)繪作業(yè)過(guò)程中存在的問(wèn)題

3.1 測(cè)繪工作進(jìn)度控制難度大

進(jìn)行建筑工程測(cè)繪的過(guò)程當(dāng)中，一般情況下需要在測(cè)量結(jié)束以后嚴(yán)格檢查測(cè)量的結(jié)果，所以沒(méi)有一遍測(cè)量一遍修正的話就會(huì)讓測(cè)繪時(shí)，無(wú)法第一時(shí)間了解其中的問(wèn)題，也很難具有針對(duì)性地解決問(wèn)題，一旦測(cè)繪產(chǎn)生的問(wèn)題，并且沒(méi)有及時(shí)解決，就無(wú)法及時(shí)返工，對(duì)整體工程的質(zhì)量都會(huì)造成不良的影響，甚至?xí)涎邮┕さ倪M(jìn)度，從而使工程投入的成本增加。

3.2 不能及時(shí)解決測(cè)繪中出現(xiàn)的問(wèn)題

在進(jìn)行建筑工程建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)闇y(cè)繪作業(yè)在不斷地增加，測(cè)繪團(tuán)隊(duì)也因此而有所增加，這也讓測(cè)繪人員的水平之間存在很大的差距，所以在測(cè)繪的時(shí)候難免會(huì)產(chǎn)生誤差，并且這些誤差的存在是可以避免的，但是因?yàn)楣ぷ魅藛T的工作不夠認(rèn)真負(fù)責(zé)，或是產(chǎn)生問(wèn)題之后沒(méi)有及時(shí)處理，所以測(cè)繪結(jié)果難免會(huì)不夠準(zhǔn)確，對(duì)于測(cè)繪的質(zhì)量也會(huì)帶來(lái)不良影響。

4 運(yùn)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)注意事項(xiàng)

4.1 基礎(chǔ)施工放線和復(fù)測(cè)

在進(jìn)行建筑工程施工的時(shí)候，如果想要保障施工更加有序的展開(kāi)，復(fù)測(cè)工作是不可缺少的，施工現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)責(zé)人以及專業(yè)的測(cè)繪人員對(duì)測(cè)繪放線的相關(guān)工作必須要重視起來(lái)，在進(jìn)行基礎(chǔ)施工的時(shí)候，把放線建筑定位安裝完畢之后，有關(guān)單位必須要到工程現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)測(cè)繪的復(fù)核工作，通過(guò)這樣的方式，可以讓測(cè)繪放線更加準(zhǔn)確，不僅如此，在進(jìn)行測(cè)繪放線的時(shí)候，展開(kāi)基礎(chǔ)放線，還需要對(duì)基礎(chǔ)軸線定位樁進(jìn)行牽引，防止其受到破壞，在選擇比較基礎(chǔ)的定位牽引點(diǎn)的過(guò)程當(dāng)中，不動(dòng)的建筑物是非常有效的選擇，通過(guò)這樣的方式，可以讓牽引點(diǎn)坐標(biāo)精度得到進(jìn)一步提升[3]。

4.2 對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行總結(jié)

測(cè)繪新技術(shù)能夠?qū)y(cè)量的數(shù)據(jù)及時(shí)地進(jìn)行儲(chǔ)存，幫助測(cè)量人員及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)核實(shí)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)誤差和控制進(jìn)行有效的控制。在節(jié)約工作時(shí)間的同時(shí)提升了測(cè)繪工作的精準(zhǔn)度。此外，測(cè)繪新技術(shù)的有效運(yùn)用還能夠幫助測(cè)量人員進(jìn)行數(shù)據(jù)以及資料的檢索，實(shí)現(xiàn)資源共享。

4.3 增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用

激光雷達(dá)測(cè)繪本身就是一項(xiàng)新技術(shù)，因此受影響的運(yùn)營(yíng)商需要改進(jìn)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的研究。不僅要學(xué)習(xí)測(cè)繪設(shè)備的實(shí)際操作方法，牢牢掌握測(cè)繪設(shè)備的操作能力和步驟，還要不斷完善相關(guān)理論知識(shí)的研究，全面把握激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題，確保操作技術(shù)和方法符合施工方要求相關(guān)操作人員提供不規(guī)則培訓(xùn)和教育的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，闡述理論知識(shí)，同時(shí)加強(qiáng)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的實(shí)踐培訓(xùn)和應(yīng)用。

4.4 提高測(cè)量的精準(zhǔn)度

在實(shí)際開(kāi)展的測(cè)繪工作中，測(cè)繪新技術(shù)能夠提高空間事物投影效果的精準(zhǔn)度，對(duì)于各種奇特的地形，能夠幫助測(cè)量人員更容易進(jìn)行信息獲取。對(duì)于人工手繪和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理中的誤差和錯(cuò)誤也可以有效避免[4]。新測(cè)繪技術(shù)在實(shí)際進(jìn)行的測(cè)量工作中，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，避免人為因素導(dǎo)致的失誤。同時(shí)，通過(guò)利用先進(jìn)的儀器設(shè)備對(duì)繁雜的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，最大程度地降低了分析誤差。因此，在實(shí)際的施工過(guò)程中，測(cè)繪新技術(shù)具有更高的精準(zhǔn)度。

5 積極探索工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用策略

5.1 數(shù)字城市建設(shè)

當(dāng)前社會(huì)全面進(jìn)入信息時(shí)代，數(shù)字城市建設(shè)已成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的重要目標(biāo)，也是當(dāng)前信息建設(shè)的重要任務(wù)。促進(jìn)數(shù)字城市建設(shè)需要更全面、更準(zhǔn)確的空間信息。只有全面準(zhǔn)確地提供空間信息，才能為數(shù)字城市建設(shè)創(chuàng)造框架和信息平臺(tái)，收集測(cè)繪成果進(jìn)行處理成為相關(guān)科研領(lǐng)域的重要課題。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可以為數(shù)字城市建設(shè)提供全面準(zhǔn)確的空間信息，還可以提供高精度高分辨率數(shù)字正交照片數(shù)據(jù)。正因?yàn)榧す饫走_(dá)測(cè)繪技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，才成為推動(dòng)數(shù)字城市建設(shè)的必不可少的重要技術(shù)途徑。構(gòu)建數(shù)字城市時(shí)，構(gòu)建虛擬城市管理平臺(tái)，即城市的三維模型，不僅要保證高精度，而且要保證現(xiàn)實(shí)和可衡量的效果。這些都是測(cè)繪中需要完成的重要問(wèn)題[5]。但是，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用將限制傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，因?yàn)槌鞘械乩憝h(huán)境和成本因素，難以及時(shí)、全面和高精度地提供相關(guān)空間信息。此外，三維建模的工作量將大大增加，這也將極大地影響數(shù)字城市建設(shè)服務(wù)能力的深度和廣度，阻礙數(shù)字城市的作用。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的高效應(yīng)用，使其能夠從多個(gè)角度快速掃描建筑，及時(shí)獲得城市綜合空間信息，具有極高的三維定點(diǎn)坐標(biāo)精度，大大提高了信息數(shù)據(jù)的可靠性。完全與相關(guān)軟件結(jié)合應(yīng)用，可以檢索云數(shù)據(jù)，創(chuàng)建模型和地圖，及時(shí)構(gòu)建三個(gè)大規(guī)模城市模型。

5.2 提高測(cè)繪工程成本管理水平

對(duì)工程效益進(jìn)行衡量的關(guān)鍵性參考指標(biāo)之一就是測(cè)繪成本，為了能夠讓測(cè)繪工程注重其成本管理，要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。首先就是要建立起測(cè)繪成本管理的制度，要能夠建立把工程項(xiàng)目部當(dāng)作中心的管理機(jī)制，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是總的牽頭人以及負(fù)責(zé)人，對(duì)于測(cè)繪事項(xiàng)必須要全面負(fù)責(zé)，項(xiàng)目部需要嚴(yán)格控制測(cè)繪成本當(dāng)中的各個(gè)問(wèn)題，避免成本忽高忽低。其次就是要建立測(cè)繪成本的管理責(zé)任制度，有關(guān)工作人員需要把測(cè)繪成本的控制放在重點(diǎn)關(guān)注的方面，防止測(cè)繪成本過(guò)高而使得建筑工程的總成本過(guò)高。再次就是要對(duì)工程成本進(jìn)行控制，工程建設(shè)單位有權(quán)對(duì)分包測(cè)繪工作進(jìn)行監(jiān)督，同時(shí)也有權(quán)嚴(yán)格根據(jù)法律法規(guī)來(lái)全面管理測(cè)繪過(guò)程，對(duì)于分包測(cè)繪隊(duì)伍，必須要及時(shí)控制，同時(shí)也要細(xì)化總包控制，有效防止成本的控制面過(guò)廣而導(dǎo)致不夠精細(xì)的情況發(fā)生[6]。社會(huì)在不斷進(jìn)步，測(cè)繪工程也在逐漸完善，并且使用在我國(guó)的多個(gè)不同的領(lǐng)域，讓我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)得到了極大的提升，科技水平的提升，也讓測(cè)繪行業(yè)朝著科學(xué)的方向不斷發(fā)展，測(cè)繪工作的質(zhì)量越高，那么工程的質(zhì)量也將會(huì)越高，因此在未來(lái)對(duì)于質(zhì)量要求也將會(huì)變得更加嚴(yán)格，雖然我國(guó)目前測(cè)繪工作仍然存在問(wèn)題，但是隨著科技在不斷進(jìn)步，也提出了一定的解決策略，讓我國(guó)的測(cè)繪事業(yè)朝著更好的方向不斷發(fā)展。

5.3 施工階段的測(cè)量要點(diǎn)

在施工階段，測(cè)量?jī)?nèi)容主要為施工測(cè)量、設(shè)備安裝測(cè)量。在路基分部工程開(kāi)展階段，測(cè)量與測(cè)繪技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用可為工藝操作者提供開(kāi)工前場(chǎng)地原始復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，奠定路基挖方與填方基礎(chǔ)。特別是在路基挖方時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量地面原始高程準(zhǔn)確定位開(kāi)挖線。同時(shí)通過(guò)測(cè)量人員測(cè)量地面高程，結(jié)合挖方路基設(shè)計(jì)邊坡坡率，為工藝操作寬度的確定提供依據(jù)。在具體操作過(guò)程中，對(duì)于路基挖方段，測(cè)量人員應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)高程、邊坡坡度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果放樣上方開(kāi)槽口。每挖深一步進(jìn)行一次中線與邊線恢復(fù)，在中線與邊線恢復(fù)后，可以在道路與橋梁兩側(cè)護(hù)壁或其他失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較小部位進(jìn)行高程點(diǎn)布置，完成高程測(cè)量任務(wù)。若開(kāi)挖深度達(dá)到路床頂1.00m，則應(yīng)將高程點(diǎn)與高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)合測(cè)量；對(duì)于路基填方段，測(cè)量工作者可以以每填筑一層為依據(jù)，進(jìn)行一次中線與邊線恢復(fù)，恢復(fù)后開(kāi)展高程測(cè)量點(diǎn)設(shè)置，完成高程測(cè)量任務(wù)[7]。在填方高度達(dá)到路床頂1.50m范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)量工作者可以依據(jù)設(shè)計(jì)縱斷面與橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。在填方高度達(dá)到路床設(shè)計(jì)高度后，測(cè)量工作者應(yīng)貫徹精準(zhǔn)放樣原則放出路基中心線與兩側(cè)邊線，實(shí)現(xiàn)路基頂設(shè)計(jì)高程到中心樁位、兩側(cè)樁位的準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)寬度、中線、高程、坡度，完成自我檢定，為后續(xù)工序操作提供依據(jù)。

5.4 電力工程

在電力工程中，除了對(duì)電路元件和裝置進(jìn)行測(cè)量和測(cè)繪外，還需要對(duì)內(nèi)部輸電線路和管道線路進(jìn)行測(cè)量和規(guī)劃。由于技術(shù)環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，有各種不確定因素使得傳統(tǒng)的路線測(cè)繪非常困難。激光雷達(dá)測(cè)繪中，機(jī)載雷達(dá)測(cè)繪掃描技術(shù)能夠有效地突破不利地理環(huán)境因素的影響。由于電路通常位于建筑物內(nèi)部或地下，雷達(dá)系統(tǒng)在激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用階段，在使用直升機(jī)和無(wú)人駕駛航空器進(jìn)行常規(guī)能源技術(shù)測(cè)繪方面發(fā)揮著重要作用[8]。雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸過(guò)程中的電力線，防止測(cè)量發(fā)生位移，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使飛行設(shè)備能夠沿動(dòng)力傳輸方向和流水線傳輸方向以及線路從起點(diǎn)到終點(diǎn)飛行，從而有效地進(jìn)行測(cè)繪工作。因?yàn)橛行┹旊娋€路很弱，所以有必要選擇合適的激光強(qiáng)度。為了確保聚集效果，有必要自動(dòng)嚴(yán)格調(diào)整發(fā)射的激光強(qiáng)度，使其與功率強(qiáng)度相適應(yīng)。由于線路測(cè)量和測(cè)繪風(fēng)險(xiǎn)較高，精度要求較高。因此，在線路測(cè)量和測(cè)繪中使用的激光發(fā)射機(jī)和雷達(dá)設(shè)備需要時(shí)不時(shí)地進(jìn)行維護(hù)，以避免由于設(shè)備問(wèn)題而造成數(shù)據(jù)偏差。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用將提高電網(wǎng)管理布局的實(shí)用性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具有精度高、效率高、適應(yīng)性好等優(yōu)勢(shì)，在工程測(cè)繪中應(yīng)用廣泛。根據(jù)工程實(shí)踐可知，激光雷達(dá)測(cè)繪平臺(tái)眾多，包括：機(jī)載、車載、船載、人工背負(fù)等，可根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇；測(cè)繪過(guò)程中，嚴(yán)格根據(jù)測(cè)區(qū)情況做好系統(tǒng)選型、數(shù)據(jù)采集工作，科學(xué)開(kāi)展點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)處理工作，保證測(cè)繪成果質(zhì)量與精度滿足要求。