探討工程測繪中激光雷達測繪技術

夏勤浩

(海寧市中圖測繪有限公司 浙江海寧 314400)

隨著科學技術的發展，學者基于激光雷達模式進行一定程度的簡化，設計出了激光雷達測距機。通過光頻波段雷達，向需要測量的目標發射探測信號。然后將發射的電磁信號與接收到的測量目標的相關數據進行對比分析，以便充分了解測量目標的相關數據。但是，不同類型的雷達在實際應用過程中也有著不同的效果。因此人們要合理選擇雷達類型，以確保激光雷達測量的準確性。

1 激光雷達測繪技術

1.1 高靈敏度接收機

高靈敏度接收機設計的接收單位是由光學系統、光電探測器與回波檢測處理電路組成，高靈敏度接收機設計技術的基礎要求是接收靈敏度高、虛警報率低和回波探測概率高。

1.2 地面三維激光掃描技術

地面上的3D激光掃描技術也稱為真實場景復制技術。其是以3D激光掃描儀，數碼相機等為基礎的一種非常有效的快速測量技術。同時，可以高速激光掃描技術快速掃描被測對象并在最快的時間內獲取和建立測量數據。拍攝完成后，將獲取的圖像反饋到三維數字系統，并進行二次處理和確認，以確保結果的準確性。

1.3 機載激光雷達掃描技術

通過雷達掃描技術捕捉返回的光脈沖以獲得測量目標的具體數據，在獲得有關測繪目標的信息之后，可以使用數碼相機獲取成像信息，完成所有這些步驟后，將通過數字信息系統對數據進行處理，以最大程度地提高數據的準確性。

2 激光雷達測繪技術的原理

使用激光進行工程測量的明顯優勢是精度非常高，大面積的定位測距的誤差可以小于4cm。激光雷達測繪系統測量的精確度是多方面保證的，不僅使用激光高精度測量，而且再由慣性測量單元一起發揮效果。激光雷達測繪系統的工作原理是激光器發射激光脈沖打擊在物體表面，然后反射回接收器表面，接收器接收到激光脈沖信號，記錄下時間，然后根據公式精確計算出被測物體距離并統計。

其最大的優勢就是能夠對被測對象實現實時準確定位。通過全球定位系統,能夠有效獲取被測對象所在位置信息,同時對被測對象的確切位置進行詳細的定位,具有較高的準確性,通過對于被測對象相關聯位置的測繪,能夠對被測對象進行動態的實時定位。

3 在工程測繪中的應用

3.1 基礎測繪

基礎測繪是一個比較復雜、重要的過程，因此要對基礎測繪的線路和流程進行合理規劃設計。通過大量實際測量發現，激光雷達測繪計算能利用數字3D坐標完成坐標定位工作。機載激光雷達測繪技術得出的地面三維坐標不僅實現高精度影像微分糾正功能，而且更容易產生數字正射影像，不需要借助數字攝字影像切割和反映，并進一步形成測繪地圖。

3.2 精密工程的測量

測量目標采集在緊密工程測繪中是必須要開展的工作，利用測量目標采集可以得到物體的三維模型和三維坐標信息。

比如激光雷達測繪技術在高速公路線路設計和鐵路線路選擇設計方面可以提供非常高的精度的地面高程模型，這樣可以為高速公路及鐵路線路設計和施工設計提供科學、精確的測繪數據。在電力輸電線路設計過程中需要使用激光雷達測繪技術得出相關測繪參數信息，根據這些測繪參數信息對整個線路有一個全面的了解，主要包括線路周邊的地形地貌、公共區的地物等。

3.3 數字礦山的構建

目前我國礦山系統因資源枯竭功能受到限制，對礦山產業的發展十分不利。可通過利用建筑物模型與地面分層相結合來建模、匹配及融合，進而對礦山塌陷區的經濟和生態環境進行合理評價，并對塌陷導致的地面裂縫、土地侵蝕展開分析，清楚了解塌陷區建筑物被破壞的具體情況和山體滑坡等地質災害情況。

3.4 電力傳輸與管道布圖

除了測量和繪制電力工程中的電路組件設施外，還需要測量和規劃內部電力傳輸管道。并且由于復雜的工程環境和許多不安全的元素，這也是傳統的線路測繪任務中困難的地方。

而使用機載空中雷達掃描技術可以使不利的地理環境因素的影響最大化地減少。由于電路通常存在于建筑物的內部或地下，因此在實施雷達測量時，一般都使用直升機或無人機進行測量，其中，雷達系統起著重要的作用。

勘測電力線時，飛行設備應從頭到尾沿著電力傳輸線和管道傳輸方向飛行，以避免測量偏移影響數據的準確性。對于較薄弱傳輸線，可以根據輸出強度自動調節發射激光的強度。為了確保收集效果，應注意飛行設備的高度和速度。

3.5 森林工業的應用

機載激光雷達不僅可以獲取樹冠下的地形，而且還能獲取樹高信息。利用激光返回值可以得到植被返回值和地面返回值，然后可以計算出樹木材質、樹高、生態環境參數和樹冠覆蓋率等信息，傳統的衛星測繪無法獲取這些信息。

3.6 模擬城市建設

為了使城市建設項目的建設更加合理科學，相關部門將激光雷達測繪技應用到城市建設規劃中。相關部門可以應用雷達測繪技術，有效地對準備規劃的地區進行測繪。并通過對未來城市發展的模擬，為政府提供更合理的城市建設計劃。

城市測繪保障工作對精度的要求很高，尤其是對大范圍測繪中銜接位置的精度是有最低要求的，因此在測繪工作完成之后普遍需要選點進行測繪精度檢驗，在這一過程中機載激光雷達攝影測繪的作用突出。具體而言可以借助無人機對相同區域不同測繪形式的測繪結果進行復檢，也可以借助無人機不同區域相同測繪形式的結果進行復檢，當前的檢驗主要包括DOM正射影像圖、DLG數字規劃圖的成像精度，檢驗方式采用CNSS設備連接CORS定位服務系統網絡，然后利用公共數據點作為基準點，將測繪數據與基準點標準數據進行對比，觀察兩者之間的差值是否在允許的范圍之內。

3.7 進行數字高程建模

數字高度建模使建筑單位可以分析建筑過程的各個環節。通過此技術，可以利用激光點快速收集數據并建立三維坐標。創建基于TIN規則網格的模型首先需要創建一個區域TIN網格，然后對TIN中網格點進行三角形分塊范圍的高程內插。DEM內插法是根據參考點的高程確定其他待定點的高程，這是一個數學插值問題。任何插值方法都基于相鄰數據點之間存在較大的相關性，以便通過從相鄰點的數據中內插出待定點的數據。

創建基于等高線分布的采樣點首先需要根據等高線的特性設置DEM。設置DEM的三種常見方法是：高線離散化法、等高線內插法、等高線構建TIN法等。實際上，中等高線內插補通常使用兩種方法：一種是沿預定軸向直接進行等高線內插。另一種方法是沿內插點最陡坡度進行內插，該方法首先沿相鄰等高線搜索最陡坡度的兩個點，然后根據這兩個點線性內插出格網點的高程值。

4 結語

隨著社會及科學技術的快速發展，在工程測繪領域淘汰了一些傳統落后的工程測繪技術，引進了一些先進工程測繪技術，激光雷達測繪技術就是其中之一。總之，通過對這些主題的深入討論和客觀的解釋，表明了激光雷達測繪的良好適用性。因此，在提高測繪業務水平，豐富測繪手段的過程中，要注意改善其基礎設施。