工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用研究

檀成龍

（遼寧省基礎(chǔ)測繪院，遼寧錦州 121003）

工程測繪行業(yè)中的激光雷達(dá)測繪技術(shù)是非常先進(jìn)的技術(shù)，應(yīng)用效果非常好。在測繪行業(yè)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)大大提高了測繪作業(yè)質(zhì)量，降低了人工測繪不準(zhǔn)確和大誤差的可能性，實現(xiàn)了工程建筑預(yù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。把激光雷達(dá)測繪技術(shù)應(yīng)用到工程測繪工作中，能夠讓工程測繪水平有極大的提升，對空間位置信息更加準(zhǔn)確的確定，可對具體施工點(diǎn)進(jìn)行測繪，運(yùn)用測繪技能，獲取更多的空間位置信息，實現(xiàn)相關(guān)的位置信息處理。

一、激光雷達(dá)測繪技術(shù)概念及應(yīng)用原理

1.概念

激光雷達(dá)技術(shù)主要組成部分是激光系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)，激光系統(tǒng)提供外部激光脈沖，計算機(jī)系統(tǒng)存儲和處理海量信息數(shù)據(jù)，構(gòu)建3D場景、目標(biāo)空間獲取定位和拍攝的圖片可以借助網(wǎng)絡(luò)有序傳輸，實現(xiàn)目標(biāo)場景和數(shù)據(jù)模型的雙向同步繪制，準(zhǔn)確、快速地顯示目標(biāo)并呈現(xiàn)給用戶。多功能精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息工程測繪更加高效、客觀、真實、具體。

該技術(shù)的探測利用機(jī)載電磁波進(jìn)行信號發(fā)射和回收，通過比較信號的發(fā)射和返回，記錄目標(biāo)的高度、寬度、距離等數(shù)據(jù)。只要物體在運(yùn)動，也可使用測繪技術(shù)來達(dá)到跟蹤效果。

2.應(yīng)用原理

激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用，主要是利用最新的光頻段在測量區(qū)域傳輸和控制電磁波。通過傳輸區(qū)域的電磁波，可準(zhǔn)確確定物體的高度和寬度的數(shù)據(jù)信息。

在工程測繪中，激光束可以直接撞擊物體表面，同時產(chǎn)生反射效應(yīng)，雷達(dá)接收到反射光束，雷達(dá)內(nèi)部系統(tǒng)計算距離。根據(jù)光束發(fā)射和收回時間計算物體的公式為D（距離）=C（光速）t/2（時間）。

與普通光波相比，激光的方向和顏色更簡單明了，干擾特性好，抗干擾能力強(qiáng)，所以用激光進(jìn)行工程測繪獲得的數(shù)據(jù)會更多。GPS系統(tǒng)在激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用中也發(fā)揮了重要作用。

GPS系統(tǒng)接收到坐標(biāo)信息后，可以計算出景區(qū)內(nèi)激光點(diǎn)的X/Y/Z坐標(biāo)。實際上，激光點(diǎn)云是由激光點(diǎn)匯聚形成，通過系統(tǒng)重構(gòu)繪制為點(diǎn)云圖像，這與航空激光雷達(dá)系統(tǒng)測高原理相同。激光束的發(fā)射和返回頻率非常高，接收器的工作效率也很高，在光束返回過程中包含距離和高度等信息。

二、在工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的具體運(yùn)用

1.基礎(chǔ)工程測繪

基本的測繪工作流程需要使用激光雷達(dá)測量技術(shù)，例如數(shù)字正射影像和數(shù)字線形圖。毫無疑問，數(shù)字正射影像必須有比較準(zhǔn)確的三維技術(shù)。

例如，在地形的信息數(shù)據(jù)能夠獲取數(shù)字正射影像。數(shù)字?jǐn)z影測量的流程非常復(fù)雜，測量操作的設(shè)計和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)非常高，要盡快創(chuàng)建圖像，不僅需要專業(yè)能力強(qiáng)的測量人員，還需要具備先進(jìn)精密工作的高設(shè)備。這減少了對其他攝影測量技術(shù)的使用需求，降低了投入成本，有利于進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。

2.精密工程測繪

在水文、文化考古等工程中，信息數(shù)據(jù)的采集工作要求嚴(yán)格的工程測繪工作，同時還要尋找三維坐標(biāo)或建立三維構(gòu)造模型。合理地使用激光雷達(dá)技術(shù)，可以在數(shù)碼照片中獲取相應(yīng)的坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)，并可以結(jié)合建筑施工模型構(gòu)建三維施工模型，進(jìn)行真正細(xì)致的分析測量工作。

例如，鐵路設(shè)計工作需要使用激光雷達(dá)技術(shù)來規(guī)劃和研究地面條件，這也是路線設(shè)計和某些任務(wù)的先決條件。激光雷達(dá)技術(shù)還可用于確定每條線路的具體情況，以確保整個電力項目的線路設(shè)計。激光雷達(dá)測繪技術(shù)也可用于精密工作，主要用于采集測量對象以及更好地定位和構(gòu)建三維坐標(biāo)模型。激光雷達(dá)測繪技術(shù)還可用于復(fù)雜的測繪任務(wù)，允許進(jìn)行具體、逼真的景觀規(guī)劃，以促進(jìn)目標(biāo)保護(hù)操作并不斷改進(jìn)決策操作。

3.進(jìn)行數(shù)字高程建模

現(xiàn)階段，在建筑工程中經(jīng)常會進(jìn)行數(shù)字高程建模，優(yōu)化建筑工程中的一些工作。建筑單位可以使用數(shù)字高程建模來監(jiān)督整個建設(shè)項目的實際施工，全面了解施工過程中的土方量、地形能見度等各種因素，然后進(jìn)行研究。

在建筑工程進(jìn)行測繪的過程中，運(yùn)用激光雷達(dá)測繪方法，可以快速獲取形影區(qū)域的數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維坐標(biāo)。通過研究獲得的數(shù)據(jù)可以建立適合實際施工條件的數(shù)值高程模型，從而提高高程建模的效率，提高數(shù)值高程建模的精度。

4.電力系統(tǒng)工程測繪

在電力系統(tǒng)工程測繪中，經(jīng)常會使用激光雷達(dá)來對線路進(jìn)行測量。激光雷達(dá)系統(tǒng)不僅應(yīng)用靈活，而且可以隨著直升機(jī)的飛行速度和高度進(jìn)行隨意改變。這不僅能夠極大的降低輸入測量成本，還能夠有效地提升測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工作效率。

除了通過測量任務(wù)提高精度和工作效率外，還需要將激光雷達(dá)測量技術(shù)與視頻記錄設(shè)備等方法相結(jié)合，完成電路驗證和原理圖繪制任務(wù)。

5.采礦工程調(diào)查

近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，逐漸意識到數(shù)字化礦山建設(shè)的重要性，應(yīng)用該技術(shù)將有助于推動礦山工程可持續(xù)發(fā)展。

近年來，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度在不斷提升，對礦產(chǎn)資源的需求量也是在不斷的增加，對環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，使用激光雷達(dá)測繪方法可以有效改變這種狀況，建設(shè)數(shù)字礦山。使用該技術(shù)，可以快速獲取相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析和研究，建立礦山模型，研究嚴(yán)重受損的礦山，將勘探地點(diǎn)作為測繪重點(diǎn)，以及現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)可以不斷改進(jìn)，減少災(zāi)害的發(fā)生。

6.數(shù)字城市建設(shè)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)的重心正在向數(shù)字城市轉(zhuǎn)移，因此在實際運(yùn)行中獲取準(zhǔn)確的空間信息非常重要。這是因為，沒有數(shù)據(jù)支撐，就無法搭建數(shù)字城市平臺和框架，而以往測繪技術(shù)獲取的信息已不能滿足數(shù)字城市建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。

在此背景下，激光雷達(dá)的垂直技術(shù)可用于確定建設(shè)數(shù)字城市必不可少的空間信息，并確保數(shù)字正射影像的分辨率和準(zhǔn)確性不成問題。在建設(shè)數(shù)字城市時，內(nèi)置的虛擬化管理系統(tǒng)需要對整個城市進(jìn)行覆蓋，構(gòu)建城市的三維模型，只有這個模型中的數(shù)據(jù)真實、可靠、可衡量，數(shù)字城市才能真正實現(xiàn)。

然而，傳統(tǒng)的測繪方法很容易受外部環(huán)境的影響，對空間信息很難進(jìn)行精確掌握。使用激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠?qū)φ麄€建筑物的很清晰的了解，確保工作效率并提高準(zhǔn)確性。為了構(gòu)建城市三維模型，可以把激光雷達(dá)測繪技術(shù)同其他軟件進(jìn)行有效地結(jié)合，將相關(guān)的云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模型測繪。

7.在林業(yè)中的應(yīng)用

如今，生態(tài)環(huán)境保護(hù)已成為時代發(fā)展的重要主題，社會各界都在積極捍衛(wèi)和發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)。利用激光雷達(dá)技術(shù)可以為林業(yè)建設(shè)提供有效支持。例如，使用航空激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以獲得有關(guān)植被的各種數(shù)據(jù)，如冠層下的地形、樹高和植被密度，同時還可以獲得相關(guān)植被的其他信息。

三、結(jié)語

與傳統(tǒng)測繪技術(shù)的應(yīng)用相比，激光雷達(dá)測繪技術(shù)更加方便快捷，符合現(xiàn)代工程測繪技術(shù)發(fā)展的要求，能夠提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。現(xiàn)代工程測繪以及高分辨率圖像為工程測繪提供了有力支持。

在本文中，將激光雷達(dá)測繪技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪、精密工程測量、數(shù)字礦山建設(shè)、數(shù)字城市建設(shè)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等工程測量，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力的理論依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用范圍也會不斷增加，能夠有效地推動我國各行業(yè)的發(fā)展。