激光雷達(dá)技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

沈建營

（詔安縣自然資源局測繪中心，福建 漳州 363500）

目前，激光雷達(dá)測繪技術(shù)具有先進(jìn)科技的技術(shù)支持，極大的提高了工程測繪的精準(zhǔn)度和時效性，它的運(yùn)用得到了工程測繪人員的喜愛和推崇，促進(jìn)了工程測繪的應(yīng)用和發(fā)展，為我國工程測量行業(yè)的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 激光雷達(dá)測繪技術(shù)概述

激光雷達(dá)測繪技術(shù)是基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成的數(shù)碼測繪技術(shù)。激光雷達(dá)測繪技術(shù)包括激光系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)兩部分，該測繪技術(shù)主要是通過衛(wèi)星系統(tǒng)的定位，以及激光系統(tǒng)向被測目標(biāo)發(fā)射信號，然后將反射的信號與原有信號進(jìn)行對比處理，從而分析測量目標(biāo)的高度、位置、形態(tài)等相關(guān)信息，同時繪制出相應(yīng)的三維坐標(biāo)的數(shù)碼圖像。激光雷達(dá)技術(shù)與工程測繪的結(jié)合，打破了傳統(tǒng)的工程測繪模式，這種具有先進(jìn)科技的測繪技術(shù)能夠有效、便捷、準(zhǔn)確的定位測量目標(biāo)并獲得相關(guān)的信息。在工程測繪的過程中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要是利用計算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)字?jǐn)z像片，然后得到實(shí)體的三維模型，從而真實(shí)的展現(xiàn)目標(biāo)工程的物體。作為目前最新進(jìn)的測繪技術(shù)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，具有高精準(zhǔn)度、多功能測量的全面性以及時效性的優(yōu)勢，是現(xiàn)階段比較高效、便捷、簡單的測繪技術(shù)。

2 激光雷達(dá)測繪技術(shù)的工作原理

目前，我國的激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要是地面激光測繪和機(jī)載激光測繪，對于機(jī)載激光測繪的工作原理，主要是通過傳感器發(fā)送激光速，然后直射到物體上，再反射回來，被光速接收器收回，將其轉(zhuǎn)化為電信號，以此，根據(jù)發(fā)出與收回的時間測出兩者的距離[1]，如表1所示。

表1 機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)量測距離和結(jié)果

然而，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在進(jìn)行各項的測繪工作時，主要是通過光波來完成的，其發(fā)射光波的距離比較長，收集工作更具有安全性。當(dāng)被測目標(biāo)接收到光波時，反射光會將其發(fā)射到雷達(dá)接收器上，根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，可以有效的測算出光波與被測目標(biāo)的實(shí)際距離。激光雷達(dá)測繪技術(shù)中的衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠通過雷達(dá)接收的位置信息，準(zhǔn)確的定位被測目標(biāo)的實(shí)際坐標(biāo)，而且精準(zhǔn)性較高。

3 激光雷達(dá)測繪技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 激光雷達(dá)測繪技術(shù)的精準(zhǔn)性

現(xiàn)階段，我國的測繪技術(shù)中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)與其他的測繪技術(shù)相比，激光雷達(dá)測繪技術(shù)更為先進(jìn)，而且其精準(zhǔn)度也較強(qiáng)，在使用過程中，測量的結(jié)果誤差小，測繪范圍大。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在對測量目標(biāo)進(jìn)行范圍和準(zhǔn)確性進(jìn)行測量時，相對于傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，測繪的準(zhǔn)確性已經(jīng)展現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。對于每幅測繪圖的形成，并不是一次簡單的測繪結(jié)果，而是經(jīng)過反復(fù)的論證，多次的測量繪制而成的。激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠通過信息數(shù)據(jù)的收集、數(shù)字圖像的分析形成基礎(chǔ)的測繪地圖，因此，激光雷達(dá)測繪技術(shù)的精準(zhǔn)性彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測繪技術(shù)的不足，為工程測繪工作提供了更好的保障。

3.2 激光雷達(dá)測繪技術(shù)的全面性

在工程測繪的過程中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要是應(yīng)用電磁波信號進(jìn)行測繪，通過激光發(fā)射機(jī)發(fā)射信號脈沖，再通過收集到的反射信號對測量目標(biāo)的位置、形態(tài)、體積、質(zhì)量等要素進(jìn)行全面的分析和測量。由于電磁波信號的穿透力較強(qiáng)，對一些體積較大的測量目標(biāo)，其測量信息的準(zhǔn)確性會更高。激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠依據(jù)基本的參數(shù)和現(xiàn)實(shí)情況構(gòu)建較為真實(shí)的三維物理模型，然后再結(jié)合數(shù)字化技術(shù)形成更加直觀的虛擬數(shù)碼成像。該技術(shù)的全面性、全方位的測繪技術(shù)豐富了工程測繪信息，為建設(shè)的施工提供了有價值的參考信息。

3.3 激光雷達(dá)測繪技術(shù)的時效性

在工程施工的過程中，對于測繪目標(biāo)的測量會因為周邊環(huán)境的因素而發(fā)生變化，導(dǎo)致測繪結(jié)果不準(zhǔn)確，影響工程進(jìn)程。對于這種情況，激光雷達(dá)測繪技術(shù)有效的避免了該問題的出現(xiàn)。激光雷達(dá)測繪技術(shù)具有較高的時效性，通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)對測量目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時定位，鎖定目標(biāo)，無論測量目標(biāo)周圍因素如何變化，該技術(shù)都會通過信號反射回來，再由計算機(jī)進(jìn)行收集、處理和分析，然后構(gòu)建物理模型，對比傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)較高的時效性和靈敏度，準(zhǔn)確的控制了測量結(jié)果，降低了環(huán)境變化帶來的影響[2]。

4 激光雷達(dá)技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

4.1 精密工程測繪的應(yīng)用

現(xiàn)階段，很多復(fù)雜的工程，對于測繪的精密度有極高的要求，比如考古、工程測量、沉降測量和變形測量等，都屬于精密測繪工程。這些工程都需要有精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，才能構(gòu)建較高要求的立體模型。對于激光雷達(dá)測繪技術(shù)而言，既有一定的精準(zhǔn)性、時效性，又能夠采用多功能的測量，進(jìn)行全面、多方位、多角度的信息收集，而且可以通過云數(shù)據(jù)將紋理信息與模型相結(jié)合，整合成更加精準(zhǔn)的三維立體模型，從而保證大型精密測繪工程的質(zhì)量。

4.2 礦山和森林工業(yè)測繪的應(yīng)用

在當(dāng)心信息化發(fā)展的形勢下，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)已經(jīng)逐漸完善，人們的生活水平也有了提高，對于礦山等能量資源的需求量也越來越大。對于礦山等資源的開采規(guī)模越來越大，但是礦產(chǎn)等能量資源的短缺并沒有得到根本性的解決，反而給我們賴以生存的自然環(huán)境帶來了災(zāi)難，破壞了生態(tài)環(huán)境，影響了礦山的可持續(xù)性發(fā)展，阻礙了我國經(jīng)濟(jì)社會的形成。因此，面對現(xiàn)有的實(shí)際問題，相關(guān)部門開始進(jìn)行改革和創(chuàng)新，推進(jìn)礦山的數(shù)字化建設(shè)，采用激光雷達(dá)測繪技術(shù)，快速的對礦山的信息進(jìn)行及時、全面的采集，通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合、分析和處理，并有效的構(gòu)建具有針對性的三維數(shù)字模型；同時，在數(shù)據(jù)收集的過程中，需要對礦山的實(shí)際情況進(jìn)行分析，將礦山模型與地面模型進(jìn)行整合，有效的監(jiān)測塌陷區(qū)的損害情況，對礦山的潛在危害進(jìn)行預(yù)警。通過激光雷達(dá)測繪技術(shù)在礦山測繪中的應(yīng)用，為礦山的開采提供了有效、可靠的信息和模型，對于礦山的實(shí)際情況和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了科學(xué)的繪制，降低了開采中的潛在危險，解決了資源短缺的實(shí)際問題。

森林工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是國民經(jīng)濟(jì)的重要部分，對于森林的管理則尤為重要。在森林的測繪過程中，由于森林的面積大、包含的種類多，導(dǎo)致影響了測繪工作，因此，激光雷達(dá)測繪技術(shù)對于森林資源信息的獲取起到了決定性作用。森林工業(yè)主要會涉及到木材的生產(chǎn)和林木的加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，通過使用激光雷達(dá)測繪技術(shù)，尤其是機(jī)載激光雷達(dá)，能夠精準(zhǔn)的測量樹木的高度、樹質(zhì)、森林和樹冠底部的地形地貌、生態(tài)環(huán)境等信息數(shù)據(jù)，從而使工作人員獲得更加全面、精準(zhǔn)的森林資源信息，為評價生態(tài)環(huán)境和森林質(zhì)量提供準(zhǔn)確的依據(jù)，更好的推進(jìn)森林工業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。

4.3 管道與電力系統(tǒng)的應(yīng)用

面對地理因素的復(fù)雜，很多管道和電力傳輸線路的分布具有一定復(fù)雜性，在測繪過程中，通過激光雷達(dá)測繪技術(shù)的使用，有效測量了地理環(huán)境以及電力傳輸和管道線路的區(qū)域。對于城市管道和電力系統(tǒng)的監(jiān)測布控，主要是通過激光雷達(dá)系統(tǒng)完成，通過將激光雷達(dá)系統(tǒng)和數(shù)碼攝像機(jī)以及一些傳感器聯(lián)合使用，從而獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，更有效、精準(zhǔn)的線路圖。比如，在電力工程中，常見的應(yīng)用技術(shù)使機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的使用，該技術(shù)的工作流程主要是先對收集到的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)碼攝像進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成數(shù)字模型，然后將模型與影像圖進(jìn)行整合，構(gòu)建出三維立體模型，電力工程中的設(shè)計師可以根據(jù)該模型進(jìn)行最優(yōu)線路選擇。此外，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可以定期進(jìn)行電力的巡查工作，以確保電力線路的安全使用。在電力運(yùn)輸?shù)倪^程中，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際情況，依照電力管道線路更改飛行路線，而且成本較低，對于數(shù)據(jù)的測量也比較準(zhǔn)確，在測量的過程中，通過對電力傳輸線路的繪制，保證了電力系統(tǒng)的安全性，為人們的生活提供了穩(wěn)定的能源供應(yīng)。

4.4 基礎(chǔ)工程測繪的應(yīng)用

在基礎(chǔ)測繪過程中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)的使用，有效的保證了工程的建設(shè)質(zhì)量。所謂的基礎(chǔ)測繪主要是將測繪目標(biāo)的信息進(jìn)行切割和反映，形成初期的測繪圖紙，在該過程中，主要是數(shù)字的測量和攝影，如果要確保測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就需要了解實(shí)際情況，設(shè)立合理的測繪線路。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在基礎(chǔ)測繪中的應(yīng)用，滿足了高精準(zhǔn)度的影像，提高了三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，將復(fù)雜的測繪環(huán)境變得簡單化[3]。激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠進(jìn)行基礎(chǔ)工程的測繪，能夠快速、有效的完成任務(wù)，能夠降低基礎(chǔ)工程測繪的成本。

4.5 城市規(guī)劃建設(shè)的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，城市規(guī)劃進(jìn)程不斷加快。對于城市規(guī)劃，主要是以整體的地理地形為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)形式，都是以人工的形式進(jìn)行信息的獲取，不僅難度大，時效性低，而且無法保障測繪的準(zhǔn)確性。因此，城市規(guī)劃建設(shè)采用了較高水平的測繪技術(shù)，及激光雷達(dá)測繪技術(shù)。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在數(shù)字化的城市中，可以通過多種形式進(jìn)行信息的獲取，極大加速數(shù)字化城市的建設(shè)。利用該技術(shù)，能夠獲取高精度的數(shù)字影像，構(gòu)建有效的數(shù)字模型，享受更多的資源信息，從而更好的進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)。

4.6 數(shù)字化城市建設(shè)的應(yīng)用

面臨信息時代的到來，數(shù)字化城市的建設(shè)已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要目標(biāo)。對于數(shù)字化城市建設(shè)的推動，需要有全面精準(zhǔn)的信息為數(shù)字化城市建設(shè)奠定基本的框架和信息平臺。應(yīng)用激光雷達(dá)測繪技術(shù)，能夠為數(shù)字化城市提供精準(zhǔn)的空間信息和高精度的數(shù)字影像數(shù)據(jù)，而且在數(shù)字化城市建設(shè)的過程中，對于城市三維模型的建設(shè)提供了有效、可靠的數(shù)據(jù)。利用激光雷達(dá)測繪技術(shù)，能夠快速的、全方位、多角度對工程施工項目進(jìn)行激光掃描，與相關(guān)的軟件進(jìn)行整合應(yīng)用，及時獲取有效的空間信息和精準(zhǔn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以此構(gòu)建城市的三維模型。相比于傳統(tǒng)的測繪技術(shù)而言，激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠突破城市地理環(huán)境和成本方面的因素，推動數(shù)字化城市建設(shè)的發(fā)展，正因為激光雷達(dá)測繪技術(shù)的優(yōu)勢與突破，使其成為現(xiàn)代數(shù)字化城市建設(shè)的重要技術(shù)。

5 結(jié)語

現(xiàn)如今，測繪技術(shù)已經(jīng)隨著科學(xué)技術(shù)的提升發(fā)生了質(zhì)的變化，激光雷達(dá)測繪技術(shù)以其高精度、高時效、全方面的優(yōu)勢在工程測繪中廣泛應(yīng)用。工程測繪對于激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，必須先確認(rèn)技術(shù)參數(shù)，再進(jìn)行測量，以此確保測繪的準(zhǔn)確性，此外，由于激光雷達(dá)測繪技術(shù)的使用，測繪人員對于測繪工作更加的熟練，高效。面對激光雷達(dá)測繪技術(shù)的優(yōu)勢，工程測繪的成本逐漸降低，操作更加簡單化，測量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。隨著激光雷達(dá)測繪技術(shù)不斷的進(jìn)步和發(fā)展，促進(jìn)了該技術(shù)在多方領(lǐng)域的應(yīng)用，推進(jìn)了工程測繪的快速發(fā)展。