工程測繪中LIDAR測繪技術的有效運用分析

陳浩光

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.042

摘 要：隨著我國社會經濟的飛速發展，建筑工程逐漸增多，且施工環境越發復雜，這也更加突出了測繪工作的重要性。為確保工程建設的質量和效率，應做好準確、全面的測繪工作，立足于工程實際情況，并不斷引進新型測繪技術和理念，LIDAR測繪技術是其中典型代表，相關工程項目單位應加大對該種技術的研究力度，充分發揮技術本身作用，從而科學探測工程區域地質地貌，防范工程風險。該文以LIDAR測繪技術的原理為基礎，重點探析其在工程中的應用途徑。

關鍵詞：LIDAR測繪技術 全球定位系統 工程測繪 數字化城市 數據信息

中圖分類號：P225 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0042-02

測繪工作在工程建設中扮演著重要角色，且我國地域面積廣闊，地質地貌構成復雜，極大程度上提升了施工的難度，為科學控制工程施工進度，應加大對測繪工作的重視程度，全面勘察工程區域中地質情況、巖層運動情況，并采取對應的施工技術，從而更好地確保施工安全與質量。隨著我國社會經濟的發展，建筑工程呈現出多種設計樣式等特色，對測繪技術也提出了更高要求，傳統的測繪技術因自身局限性，已不再適應于工程的需要，因此LIDAR測繪技術、GPS技術、GRS技術等新型測繪方式誕生并被廣泛應用在工程測繪過程。

1 LIDAR測繪技術原理

Light Detection And Ranging簡稱LIDAR，代表著激光探測與測量，主要以GPS技術和慣性測量裝置為基礎[1]，將系統探測的數據用DSM（數字表面模型）通過離散點的方式表示，數據中包含激光強度、三維空間等多方面的信息。LIDAR測繪技術分為地面與機載兩種類型，其中的機載型激光雷達借助測距系統、飛機等設備，融合計算機技術、激光測距技術、IMU（慣性測量單元）等多種現代化技術，能夠準確測量出物體在地面的三維坐標，因此，其應用范圍較為廣闊，主要的系統有以下4個：（1）激光掃描測距系統；（2）IMU（慣性測量裝置）；（3）動態差分GPS接收機；（4）一套成像裝置。

LIDAR測繪技術主要的工作原理有：通過傳感器等裝置，發射出激光束后，借由空氣這一載體，傳播到物體的表層或者地面，再經過表層或地面的反射后，形成的反射能量會被傳感器重新接收并記錄，作為系統中的電信號。如果準確記錄信號的發射與接收時間，那么就可以科學地計算出物體的表層或者地面與激光器之間的距離，其計算公式如下所示[2]：

R=ct/2

式中，R為物體的表層或者地面與激光器之間的距離；

c為光速；

t為接收時刻與發射時刻的時間差。

光脈沖通常以光速進行傳播，通過激光型發射器，發出一束離散式光脈沖，將其打在地表后，并對其反射，而在發出下一光脈沖之前，接收器會先接收被反射的光脈沖，以此測量出距離。

2 LIDAR測繪技術的應用優勢

將LIDAR測繪技術應用在工程測繪過程中，具有產生數據周期快、抗外部環境干擾能力強、自動化智能化程度高、準確性高等多種優勢。該測繪技術需要借助相關的傳感器裝置，并發射出激光脈沖類型的信號，能夠較好地避開地面植被等其他物品的遮擋，更為準確地獲取工程區域中地形、地表等方面的數據。再利用先進的科學軟件對數據進行處理，生成直觀的等高線或者影像圖。與地面測量技術或者傳統的測繪技術相比，存在多方面的優勢，因此，該種技術的應用范圍較廣，包括繪制地圖、航圖測繪等領域[3]。

3 工程測繪中LIDAR測繪技術的有效運用

LIDAR測繪技術得出的數據準確，能夠輔助工作人員更為科學地進行施工，將其合理地運用在工程測繪中，應綜合考慮工程地質條件、環境因素等方面的因素，確保技術運用的科學性，當前，LIDAR測繪技術的運用方式主要有基礎測繪、精密工程和數字化城市等方面，具體包括以下幾方面的內容。

3.1 施工場地的基礎測繪工作

將LIDAR測繪技術應用在施工場地的基礎測繪工作中，能夠更好地滿足施工標準，達到預定的施工目標。當前，基礎測繪中主要包括DLG（數字線劃地圖）、DOM（數字正射影像）、DEM（數字高程模型）和DRG（數字柵格地圖）4種基本的測繪產品，其中數字線劃地圖和數字正射影像的生產過程需要三維空間高精度的信息支撐。如，數字正射影像需要數字高程模型在提供精確的地形資料后，再借助數字型微分技術，分析或者糾正信息，最后才能獲取相應的產品，在沒有數字高程模型數據資料的情況下，會借助攝影的方式進行測量，但與數字高程模型相比，其操作程序復雜且繁瑣，很容易出現人工失誤的情況。而通過LIDAR測繪技術，能夠實時提取地面表層的三維坐標，更好地滿足于糾正需求，降低了數字正射影像的整體獲取難度。基于此種生產背景，數字正射影像不再依靠攝影平臺，只需要有普通RS圖像系統，就可以實現集約化、高效率生產。

3.2 LIDAR測繪技術在精密工程中的運用

當前，我國運用LIDAR測繪技術的范圍逐漸變廣，其中一個顯著的特點是應用在精密工程的測繪過程，包括測量水文環境、測量地質沉降情況、為電力系統選線、測量建筑工程、考古等方面。這一類工程的共同特征是要求全面收集、測量和采取目標范圍內的所有信息，同時也需了解三維坐標和模型中涵蓋的信息。將地面和機載兩種LIDAR測繪技術有機統一，能夠很好地滿足精密工程需求，其具體的操作步驟為：借助數碼相片，采集對應的紋理信息，并將其與建筑物模型進行層次式、疊加式處理，構建出科學的三維模型，再規劃出具體的目標景觀，進而達到測量形變、決策規劃、分析目標景觀等目的。如，在建設建筑工程中，能夠利用LIDAR測繪技術，獲取施工區域中地物、地形情況，并根據設置的數據點，展開驗收、監督等工作，保障工程的施工質量。

3.3 建設數字化城市

數字化城市屬于當前城市化進程中重要發展趨勢之一，包含多媒體、計算機、數據存儲等方面的技術，再結合GIS技術、RS技術、仿真-模擬技術、遙測技術等，三維描述出城市的多種類、多尺度、多分辨率，更為實時地監測城市變化。通過利用LIDAR測繪技術，能夠及時獲取數字地面模型，從而為建設數字化城市提供空間信息資源，從全方位的角度掃描地面建筑物，并得到目標景物的三維坐標，再構建出城市的三維模型，更好地促進城市發展。

4 結語

綜上所述，測繪工作在工程建設過程中扮演著重要角色，不僅關系著整個施工進度，更影響著工程的質量和施工安全，基于此，工作人員應結合工程實際情況，選擇恰當的測繪技術，確保測繪工作的順利進行。LIDAR是當前應用得較為廣泛的測繪技術，具備密度大、數據獲取準確等多方面的優勢，對工程測繪有著較大的幫助作用，但就當前的情況而言，LIDAR測繪技術的應用仍存在問題，相關測繪工作人員必須加大對其的研究力度，綜合考慮工程量、工程外部環境等因素，拓寬LIDAR測繪技術的運用范圍，保障測繪數據的精密性，提升工程整體質量。

參考文獻

[1] 鞏翼龍，閆利.結合機載LiDAR數據與航空可見光影像多層次規則分類建筑物變化檢測[J].光譜學與光譜分析，2015，35（5）：1325-1330.

[2] 趙泉華，李紅瑩，李玉，等.全波形LiDAR數據分解的可變分量高斯混合模型及RJMCMC算法[J].測繪學報，2015，44（12）：1367-1377.

[3] 于海洋，牛峰明，羅玲，等.一種綜合機載LiDAR與高分辨率航空影像的鐵路軌道提取方法[J].測繪工程，2016，25（5）：42-46.