激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用研究

王小勤

（重慶市潼南區(qū)征地中心 重慶潼南 402660）

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用研究

王小勤

（重慶市潼南區(qū)征地中心 重慶潼南 402660）

隨著當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)碼技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這種形勢(shì)下激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)作為一種數(shù)碼測(cè)繪技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用以后，我國(guó)工程測(cè)繪更加簡(jiǎn)單便捷，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也到了提高。基于此，本文針對(duì)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行了分析，希望相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以為專業(yè)人員提供參考。

激光雷達(dá)；測(cè)繪技術(shù)；工程測(cè)繪；應(yīng)用

自從改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)都得到了快速發(fā)展，為工程測(cè)繪帶來(lái)了很高的要求，然而當(dāng)前傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)不再可以滿足測(cè)繪精度的要求，很多問(wèn)題開(kāi)始暴露出來(lái)，很多新的測(cè)繪技術(shù)開(kāi)始引起人們的關(guān)注，例如激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，當(dāng)前已經(jīng)在各領(lǐng)域工程吹中得到了廣泛應(yīng)用，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用不僅測(cè)繪質(zhì)量和精確性得到了提升，同時(shí)還從很大程度上促進(jìn)了我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的快速發(fā)展。

1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)概述

1.1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)工作原理

激光雷達(dá)技術(shù)主要有兩種類型：機(jī)載與地面，其中飛機(jī)載動(dòng)雷達(dá)包括安裝在飛機(jī)上的激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)等，可以對(duì)地面物體三維測(cè)量值進(jìn)行準(zhǔn)確分析，三維空間信息實(shí)時(shí)獲取的發(fā)展空間非常大，所以高時(shí)空分辨率地球空間信息也達(dá)到了另外的高度，這無(wú)疑為工程測(cè)繪提供了新型技術(shù)手段。其工作原理是由傳感器發(fā)射激光束，按照光速傳播，利用接收器接收來(lái)自空中的信號(hào)，將地面或者反射到物體上的信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)，然后將激光束發(fā)射與接收的時(shí)間記錄好，這時(shí)可以利用公式R=ct/2對(duì)激光器與地面垂直長(zhǎng)度與接收時(shí)間的差進(jìn)行計(jì)算，式中c表示光速，機(jī)t表示激光束發(fā)射與接收的時(shí)間差。利用激光掃描器記錄單方向發(fā)射雷達(dá)脈沖波折回的回波，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)回波，最后利用IMU/DGPS系統(tǒng)與激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)對(duì)得到的高程信息進(jìn)行集合處理。利用草廟一將激光波束發(fā)射給地標(biāo)，記錄好飛機(jī)飛行的方向，并接收由地表反射回來(lái)的激光束，這時(shí)應(yīng)將激光發(fā)射束的形態(tài)與具體位置進(jìn)行記錄，最后對(duì)空間的具體位置進(jìn)行計(jì)算。

1.2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)分類

與微波雷達(dá)工作原理相近，激光雷達(dá)與微波雷達(dá)都需要利用光頻波段電磁波將探測(cè)信號(hào)發(fā)送到目標(biāo)地點(diǎn)，然后對(duì)比發(fā)射信號(hào)和接收到的同波信號(hào)，通過(guò)比較以后可以獲得很多信息，例如目標(biāo)的距離與方位等，進(jìn)而針對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤與識(shí)別。利用激光測(cè)距機(jī)可以實(shí)現(xiàn)方位配置、自動(dòng)跟蹤目標(biāo)等相關(guān)任務(wù)，從而構(gòu)成較為完整的目標(biāo)探測(cè)，對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行跟蹤。通常情況下，按照不同方法可以分成激光接收機(jī)、激光發(fā)射機(jī)、激光雷達(dá)等類型，從安裝平臺(tái)來(lái)看，可以分成機(jī)載、地面等類型，從完成人物不同來(lái)看，可以分成障礙物回避、火控、靶場(chǎng)等類型。激光雷達(dá)實(shí)用性非常強(qiáng)，在運(yùn)用過(guò)程中也極為方便。

2 激光雷達(dá)技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)測(cè)繪

在工程測(cè)繪中，基礎(chǔ)測(cè)繪屬于基礎(chǔ)性測(cè)量的范疇，它是測(cè)繪目標(biāo)基礎(chǔ)性性信息的一項(xiàng)測(cè)量工作，其中主要有數(shù)字線劃地圖、數(shù)字柵格地圖及數(shù)字正射影像等測(cè)繪內(nèi)容，而這些工作都需要高精度三維新信息作為支持，例如，數(shù)字正射影像以精確地形信息為基礎(chǔ)，利用數(shù)字正射影像可以針對(duì)數(shù)字進(jìn)行微分糾正，而正因?yàn)閿?shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作中各程序十分復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)要求、技術(shù)路線的要求也比較嚴(yán)格，還對(duì)生產(chǎn)人員技能提出了較高的要求，而應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可以為其提供地面三維坐標(biāo)，充分滿足了高精度影像微分要求，這樣一來(lái)，數(shù)字正射影像就很容易生產(chǎn)，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中也不需要使用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量平臺(tái)，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)遙感圖像處理規(guī)模化生產(chǎn)也可以得到實(shí)現(xiàn)。

2.2 精密工程測(cè)量

精密工程測(cè)量也是工程測(cè)繪中比較重要的內(nèi)容，精密工程測(cè)繪的關(guān)鍵在于對(duì)測(cè)繪目標(biāo)細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)還需要在細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)測(cè)繪基礎(chǔ)上收獲目標(biāo)的三維坐標(biāo)。例如，建筑工程測(cè)量過(guò)程中，需要對(duì)很多方面進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)三維坐標(biāo)、三維模型進(jìn)行測(cè)量。從這種精密測(cè)繪工程方面來(lái)看，利用機(jī)載激光測(cè)繪技術(shù)、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)，比較數(shù)碼相片測(cè)繪目標(biāo)紋理信息和形成的單位模型，通過(guò)疊加形成三維模型后，就可以對(duì)建筑物、景觀等進(jìn)行規(guī)劃與分析。在鐵路設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用精密工程測(cè)量技術(shù)，高精地面測(cè)繪目標(biāo)可以得到實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上繪制出精確度較高的模型，并為施工提供精確方法與數(shù)據(jù)，這無(wú)疑為設(shè)計(jì)過(guò)程提供了良好借鑒。

2.3 構(gòu)建數(shù)字礦山

多數(shù)情況下構(gòu)建蘇子礦山對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等方面要求較為嚴(yán)格，以充分響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的政策。當(dāng)前依靠礦山發(fā)展城市面臨著很大的麻煩，由于過(guò)度開(kāi)采出現(xiàn)了很多環(huán)境問(wèn)題，加上當(dāng)前資源枯竭問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)還要綜合考慮市場(chǎng)近期情況、礦山內(nèi)部環(huán)境等，以上各因素都制約著礦山城市的順利發(fā)展，上面這些問(wèn)題都是當(dāng)前擺在我們勉強(qiáng)的，我們必須找到解決問(wèn)題的方法。數(shù)字礦山建設(shè)是一種極為有效的形式，從多角度對(duì)問(wèn)題的解決方式進(jìn)行解決，實(shí)際上數(shù)字礦山是利用激光雷達(dá)技術(shù)采集礦山數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建三維模型，在建模過(guò)程中應(yīng)綜合考慮每部分的構(gòu)成，通常情況下可以利用分層構(gòu)建方式展開(kāi)多方面評(píng)價(jià)。這種方式可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效反饋，并連續(xù)24h不間斷的提供數(shù)據(jù)，以保證模型的合理性，此外，還要積極預(yù)測(cè)可能發(fā)生的事故，從這一角度來(lái)看，不僅可以達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生的效果，同時(shí)以往的模式也會(huì)得到較大改善。

2.4 電力傳輸與管道布圖

充分借助直升機(jī)搭載的激光雷達(dá)系統(tǒng)，利用激光測(cè)繪技術(shù)可以對(duì)電力傳輸與管道線路進(jìn)行高效的測(cè)繪，這樣測(cè)繪工作就不會(huì)再受到地理環(huán)境等相關(guān)因素的限制。只審計(jì)與固定翼飛機(jī)相比，不僅成本比較低，同時(shí)還能按照測(cè)繪工作需要，對(duì)直升機(jī)速度與高度進(jìn)行調(diào)整，這樣一來(lái)測(cè)繪數(shù)據(jù)就可以更加可靠、真是，同時(shí)，這些僅需要直升機(jī)沿著電力傳輸與管道傳輸走廊進(jìn)行飛行即可。在一些情況下，測(cè)繪過(guò)程中也可以利用數(shù)字相機(jī)、錄像機(jī)等設(shè)備，在激光雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)中進(jìn)行激光測(cè)繪工作，同時(shí)展開(kāi)線路檢查和制圖等相關(guān)工作，這不僅可以為線路維護(hù)管理提供了很多便利，同時(shí)工作效率也得到了有效提高。

2.5 城市規(guī)劃建設(shè)

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前社會(huì)儼然已經(jīng)進(jìn)入到了嶄新的時(shí)代中，城市開(kāi)始朝著現(xiàn)代化、數(shù)字化方向發(fā)展，在城市規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)，我們首先必須充分認(rèn)識(shí)到信息立體化建設(shè)的重要性，而激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一個(gè)重要步驟。應(yīng)用激光雷達(dá)技術(shù)不僅可以使整體技術(shù)得到顯著提升，同時(shí)其分辨率和精度化也會(huì)更高，這對(duì)于城市模型構(gòu)建效果的呈現(xiàn)來(lái)說(shuō)非常有利，可以為城市建設(shè)提供有效的資源和信息，不斷推動(dòng)城市整體規(guī)劃與布局的順利發(fā)展。

2.6 森林業(yè)發(fā)展

在森林業(yè)發(fā)展過(guò)程中，機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用頻率較高，在森林業(yè)中多項(xiàng)工作都對(duì)數(shù)據(jù)精確度提出了較高要求，這種情況下傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)很難達(dá)到其要求，新型激光測(cè)繪技術(shù)在這種形勢(shì)下得到了廣泛應(yīng)用，相關(guān)部門紛紛開(kāi)始應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)展開(kāi)森林測(cè)繪，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)樹冠以下的地形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)繪，與此同時(shí)，還能通過(guò)測(cè)繪獲得有關(guān)樹高度值的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而通過(guò)精確計(jì)算獲得有關(guān)樹木的相關(guān)信息，以上都是衛(wèi)星成像技術(shù)比不了的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前科技工作人員一致認(rèn)定，未來(lái)激光雷達(dá)技術(shù)仍然發(fā)展空間巨大，很多科技研究人員目前仍在完善數(shù)據(jù)采集與處理工作中努力不懈，相信在不久的將來(lái)，在科研人員與技術(shù)人員的努力之下，經(jīng)過(guò)科研和實(shí)踐的聯(lián)合，可以進(jìn)一步推動(dòng)激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，最終促進(jìn)激光雷達(dá)的廣泛應(yīng)用。

[1]黃慧敏，王晏民，胡春梅，王國(guó)利.地面激光雷達(dá)技術(shù)在故宮保和殿數(shù)字化測(cè)繪中的應(yīng)用[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，03：33～38.

[2]馬利，謝孔振，白文斌，白建軍.地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程測(cè)繪中的應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2011，02：48～51.

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[4]鄭書民，夏國(guó)芳，胡春梅，張禮海.地面激光雷達(dá)技術(shù)在石窟寺立面精細(xì)測(cè)繪中的應(yīng)用研究[J].激光雜志，2016，01：5～8.

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TN958.98

A

1004-7344（2016）25-0199-02

2016-8-20

王小勤，女，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事工程測(cè)繪方面的工作。