工程測繪中激光雷達測繪技術的應用分析

■文豪 王滿（重慶市勘測院重慶400020）

工程測繪中激光雷達測繪技術的應用分析

■文豪 王滿
（重慶市勘測院重慶400020）

激光雷達是一種高配置高原理集成機制，是現在常用的數碼測繪手段。本文主要分析了激光雷達的工作原理，以及其在工程測繪中的具體應用。

激光雷達 工程測繪 應用

1　前言

激光雷達技術作為一種現代經典的數碼測繪手段，其結合了多種高新技術，即為慣性測量技術、GPS技術以及激光系統、計算機系統，能夠在很短時間內繪制出以大型實體坐標為基礎的三維數據模型，從而真實地展現出所測繪的內容，保證了空間信息的真實性及時性。

2　激光雷達測繪技術的工作原理

通過激光開展距離量測工作，能夠大大保證數據采集的有效性、安全性以及抗干擾能力。機載激光雷達測繪系統是現在常用的激光雷達測繪手段，現就其在測高方面的應用進行詳細分析：使用激光設備對物體進行照射，使激光可以射至該物體的表面，一部分激光會被物體吸收，另一部分則會反射回去，之后利用接收裝置接收反射回來的激光。現假設激光由激光設備射出，一直到激光被接收設備接收的間隔時間為2t，則可以得到公式，其中d代表的是距離，c表示的是光速，t表示的是時間。通過結合使用激光雷達技術以及GPS技術，可以獲取激光設備的具體坐標信息，進而獲取激光方向信息，再通過準確的計算能夠得到各激光點的具體大地坐標，即為X、Y、Z，集結大量的激光點能夠得到激光點云，再通過不斷的集結可以組成點云圖像。測繪人員可以根據實際情況調整激光束的實際發射頻率。現假設激光雷達測繪系統的激光束發射頻率調整至每秒一萬次脈沖，則系統的接收設備能夠于一分鐘內獲取60萬個點。在利用激光設備發射激光束時，由于激光束具有多個脈沖，而脈沖不一定全只射擊到某一個位置，這樣會得到多組X、Y、Z坐標，比如說在使用激光束射擊預定的樹冠頂端時，則脈沖或許會先射擊到樹冠頂端，之后一部分或許會是會涉及到樹干，也可能會射擊到地面，在激光接收設備接收到所返回的激光之后，即能夠獲取多組具有分層表示價值的坐標點記錄。測繪人員可以利用激光雷達測繪系統的該功能，通過分類以及濾波處理手段，在很短時間內得到地面高程,或者是建筑高度等需要的高程信息。通過機載激光雷達技術開展高程測量，基于航高的各異，可以獲取的平面精度大約在0.15～1m之間，能夠得到的高程精度大約為10～30厘米左右。

3　基于工程實例分析激光雷達的具體應用

某鐵路項目現需在山嶺地區修筑，該地區的高度超最高達到了一千米，現通過LeicaALS60機載激光雷達測量裝置開展測繪工作。選擇運5固定翼飛機作為飛行平臺，并將點云平均點間距控制在了0.7～1.0m之間，確定航線寬度為兩千米，整個航線里程超過兩千多米，整個航飛面積達到了l800km2。

由于該山嶺地區的植被覆蓋有稀疏與茂密之分，這導致點云數據不能真實的反映出該山嶺地帶的真實地形特征，也就不能獲取正確的斷面。現使用同一設計參數來繪制3月份以及7月份的點云圖，具體可見下圖1。其中3月份該山嶺地帶的植被覆蓋相對稀疏，而七月份則非常濃密。由圖1可以得知，3月份機載激光雷達的穿透率高達百分之五十，7月份的穿透率只有百分之十五，所以應合理確定航飛季節，保證獲取數據的有效性。

利用機載激光雷達設備對該地區的不同區域橫斷面進行測繪，其中裸露地表的測繪結果可見下圖2。在對地面裸露區域進行外業作業時，由于樁高程可以和激光雷達高程配準，所以可以得到較高的精度。同時盡管地形突變LIDAR點的可能會出現分類錯誤，或者是缺少等情況，但只要通過仔細的檢查以及分析，即可以得到較好的結果；在對植被茂密區域進行外業作業時，由于該地形的復雜性較強，只有少部分激光點可以落在地面上，所以不能得到精準的擬合地形表面，具體可見下圖3。由于地面上只有少數的高程點，極易導致外業中樁高程出現較大的誤差。

在處理植被較為茂密區域的測繪地形橫斷面時，可根據不同的情況，使用不同的處理方法：如果點云主要照射于灌木叢頂部，則可以將灌木叢頂部視為一個和地面平行的平面，把于灌木叢頂部所收集得到的點云數據當看做是地面店，通過對地面以及灌木叢頂部的高差進行平移以及修正之后即能夠得到橫斷面以及地形圖。若是地形圖或者是橫斷面區域全部為茂盛植被，同時點云的分散情況較為離散，如果地面點的數量較為，則可以通過分類地面點構網建模。

4　結語

不同于傳統的測繪手段，激光雷達測繪系統更為便捷。但由于激光雷達會測系統在我國出現的時間還較晚，還存在很多的不足之處，尚未得到充分的開發，所以還需要對激光雷達測繪系統更深入的了解、挖掘，使其作用可以得到充分發揮，使我國工程測繪方法更為豐富。

[1]王晶,馬思明.地形測繪激光成像雷達技術研究 [J].黑龍江科技信息,2013(21).

P2[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～168～1