激光雷達技術在工程測繪中的應用

張威峰

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司 新疆 石河子 832000

引言

我國的建筑工程行業(yè)面臨的競爭壓力是很大的，當然除了競爭之外，也擁有著有目共睹的機遇，而在建筑工程當中，質(zhì)量問題是每一個人都關心的問題，建筑工程的測繪作業(yè)能夠直接影響建筑工程的質(zhì)量，因此也受到人們的普遍關注。對于建筑工程當中的測繪作業(yè)特點進行分析，可以有效了解其工作過程中存在的問題，并及時找到科學的方式進行彌補，從而促使我國建筑工程的測繪作業(yè)質(zhì)量控制工作落到實處。

1 激光雷達測繪技術簡介

激光雷達測量和測繪，又稱激光雷達技術，通過電磁波將信號傳輸?shù)綔y量位置，將傳輸?shù)男盘柵c接收的信號進行比較，并正確計算被測物體的寬度、高度和距離，以及物體是否靜止或移動，以實現(xiàn)被測物體的測量和跟蹤。激光雷達測繪技術可以同時獲得三維空間坐標，實現(xiàn)同步發(fā)展的效果[1]。使用pointools、RealWorks和其他點云處理，建模軟件可以增強數(shù)字模型。該先進數(shù)字模型可以獲得以前測量方法無法測量的高精度三維空間數(shù)字信息，具有速度快、精度高、應用范圍廣等優(yōu)點。Lidar映射與虛擬現(xiàn)實相結合，可以全天候監(jiān)測干旱、洪水和地震災害等自然災害，提供災害預防和救援的實時預警，并應用于工程建設，實現(xiàn)交通安全系統(tǒng)智能管理的目標，科學規(guī)劃城市規(guī)劃，進一步推進環(huán)境保護建設。

2 激光雷達測繪技術流程

激光雷達測繪技術的應用過程可歸納為：激光掃描→獲取高密度、高精度激光點云數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)字圖像→數(shù)據(jù)處理→制造高精度數(shù)字產(chǎn)品。以常用機載激光雷達測繪技術為例，其具體應用要點如下[2]：①數(shù)據(jù)采集：根據(jù)工程測繪的背景和任務要求合理選擇激光雷達系統(tǒng)和飛行平臺，實施控制測量和航路設計，確保數(shù)據(jù)采集的有效性。②數(shù)據(jù)處理：激光測距系統(tǒng)掃描獲得的原始激光點云數(shù)據(jù)需要數(shù)據(jù)預處理、坐標系轉換和激光點云數(shù)據(jù)分類處理才能得到優(yōu)化的激光點云。③生產(chǎn)高精度數(shù)字產(chǎn)品：包括數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正交攝影地圖（DOM）、數(shù)字線路制圖DLG和地面線路等。

3 建筑工程測繪作業(yè)過程中存在的問題

3.1 測繪工作進度控制難度大

進行建筑工程測繪的過程當中，一般情況下需要在測量結束以后嚴格檢查測量的結果，所以沒有一遍測量一遍修正的話就會讓測繪時，無法第一時間了解其中的問題，也很難具有針對性地解決問題，一旦測繪產(chǎn)生的問題，并且沒有及時解決，就無法及時返工，對整體工程的質(zhì)量都會造成不良的影響，甚至會拖延施工的進度，從而使工程投入的成本增加。

3.2 不能及時解決測繪中出現(xiàn)的問題

在進行建筑工程建設的過程當中，因為測繪作業(yè)在不斷地增加，測繪團隊也因此而有所增加，這也讓測繪人員的水平之間存在很大的差距，所以在測繪的時候難免會產(chǎn)生誤差，并且這些誤差的存在是可以避免的，但是因為工作人員的工作不夠認真負責，或是產(chǎn)生問題之后沒有及時處理，所以測繪結果難免會不夠準確，對于測繪的質(zhì)量也會帶來不良影響。

4 運用激光雷達測繪技術應注意事項

4.1 基礎施工放線和復測

在進行建筑工程施工的時候，如果想要保障施工更加有序的展開，復測工作是不可缺少的，施工現(xiàn)場的負責人以及專業(yè)的測繪人員對測繪放線的相關工作必須要重視起來，在進行基礎施工的時候，把放線建筑定位安裝完畢之后，有關單位必須要到工程現(xiàn)場展開測繪的復核工作，通過這樣的方式，可以讓測繪放線更加準確，不僅如此，在進行測繪放線的時候，展開基礎放線，還需要對基礎軸線定位樁進行牽引，防止其受到破壞，在選擇比較基礎的定位牽引點的過程當中，不動的建筑物是非常有效的選擇，通過這樣的方式，可以讓牽引點坐標精度得到進一步提升[3]。

4.2 對數(shù)據(jù)及時進行總結

測繪新技術能夠?qū)y量的數(shù)據(jù)及時地進行儲存，幫助測量人員及時進行數(shù)據(jù)核實，還可以對數(shù)據(jù)誤差和控制進行有效的控制。在節(jié)約工作時間的同時提升了測繪工作的精準度。此外，測繪新技術的有效運用還能夠幫助測量人員進行數(shù)據(jù)以及資料的檢索，實現(xiàn)資源共享。

4.3 增強技術應用

激光雷達測繪本身就是一項新技術，因此受影響的運營商需要改進激光雷達測繪技術的研究。不僅要學習測繪設備的實際操作方法，牢牢掌握測繪設備的操作能力和步驟，還要不斷完善相關理論知識的研究，全面把握激光雷達測繪技術應用中應注意的問題，確保操作技術和方法符合施工方要求相關操作人員提供不規(guī)則培訓和教育的相關標準，闡述理論知識，同時加強激光雷達測繪技術的實踐培訓和應用。

4.4 提高測量的精準度

在實際開展的測繪工作中，測繪新技術能夠提高空間事物投影效果的精準度，對于各種奇特的地形，能夠幫助測量人員更容易進行信息獲取。對于人工手繪和復雜數(shù)據(jù)處理中的誤差和錯誤也可以有效避免[4]。新測繪技術在實際進行的測量工作中，能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時采集，避免人為因素導致的失誤。同時，通過利用先進的儀器設備對繁雜的數(shù)據(jù)信息進行分析，最大程度地降低了分析誤差。因此，在實際的施工過程中，測繪新技術具有更高的精準度。

5 積極探索工程測繪中激光雷達測繪技術運用策略

5.1 數(shù)字城市建設

當前社會全面進入信息時代，數(shù)字城市建設已成為當前社會發(fā)展的重要目標，也是當前信息建設的重要任務。促進數(shù)字城市建設需要更全面、更準確的空間信息。只有全面準確地提供空間信息，才能為數(shù)字城市建設創(chuàng)造框架和信息平臺，收集測繪成果進行處理成為相關科研領域的重要課題。激光雷達測繪技術的應用可以為數(shù)字城市建設提供全面準確的空間信息，還可以提供高精度高分辨率數(shù)字正交照片數(shù)據(jù)。正因為激光雷達測繪技術的諸多優(yōu)勢，才成為推動數(shù)字城市建設的必不可少的重要技術途徑。構建數(shù)字城市時，構建虛擬城市管理平臺，即城市的三維模型，不僅要保證高精度，而且要保證現(xiàn)實和可衡量的效果。這些都是測繪中需要完成的重要問題[5]。但是，傳統(tǒng)測繪技術的應用將限制傳統(tǒng)測繪技術的應用，因為城市地理環(huán)境和成本因素，難以及時、全面和高精度地提供相關空間信息。此外，三維建模的工作量將大大增加，這也將極大地影響數(shù)字城市建設服務能力的深度和廣度，阻礙數(shù)字城市的作用。激光雷達測繪技術的高效應用，使其能夠從多個角度快速掃描建筑，及時獲得城市綜合空間信息，具有極高的三維定點坐標精度，大大提高了信息數(shù)據(jù)的可靠性。完全與相關軟件結合應用，可以檢索云數(shù)據(jù)，創(chuàng)建模型和地圖，及時構建三個大規(guī)模城市模型。

5.2 提高測繪工程成本管理水平

對工程效益進行衡量的關鍵性參考指標之一就是測繪成本，為了能夠讓測繪工程注重其成本管理，要從以下幾個方面進行。首先就是要建立起測繪成本管理的制度，要能夠建立把工程項目部當作中心的管理機制，項目負責人是總的牽頭人以及負責人，對于測繪事項必須要全面負責，項目部需要嚴格控制測繪成本當中的各個問題，避免成本忽高忽低。其次就是要建立測繪成本的管理責任制度，有關工作人員需要把測繪成本的控制放在重點關注的方面，防止測繪成本過高而使得建筑工程的總成本過高。再次就是要對工程成本進行控制，工程建設單位有權對分包測繪工作進行監(jiān)督，同時也有權嚴格根據(jù)法律法規(guī)來全面管理測繪過程，對于分包測繪隊伍，必須要及時控制，同時也要細化總包控制，有效防止成本的控制面過廣而導致不夠精細的情況發(fā)生[6]。社會在不斷進步，測繪工程也在逐漸完善，并且使用在我國的多個不同的領域，讓我國的基礎建設得到了極大的提升，科技水平的提升，也讓測繪行業(yè)朝著科學的方向不斷發(fā)展，測繪工作的質(zhì)量越高，那么工程的質(zhì)量也將會越高，因此在未來對于質(zhì)量要求也將會變得更加嚴格，雖然我國目前測繪工作仍然存在問題，但是隨著科技在不斷進步，也提出了一定的解決策略，讓我國的測繪事業(yè)朝著更好的方向不斷發(fā)展。

5.3 施工階段的測量要點

在施工階段，測量內(nèi)容主要為施工測量、設備安裝測量。在路基分部工程開展階段，測量與測繪技術的科學應用可為工藝操作者提供開工前場地原始復測數(shù)據(jù)，奠定路基挖方與填方基礎。特別是在路基挖方時，可以通過測量地面原始高程準確定位開挖線。同時通過測量人員測量地面高程，結合挖方路基設計邊坡坡率，為工藝操作寬度的確定提供依據(jù)。在具體操作過程中，對于路基挖方段，測量人員應依據(jù)設計高程、邊坡坡度進行計算，根據(jù)計算結果放樣上方開槽口。每挖深一步進行一次中線與邊線恢復，在中線與邊線恢復后，可以在道路與橋梁兩側護壁或其他失穩(wěn)風險較小部位進行高程點布置，完成高程測量任務。若開挖深度達到路床頂1.00m，則應將高程點與高級水準點聯(lián)合測量；對于路基填方段，測量工作者可以以每填筑一層為依據(jù)，進行一次中線與邊線恢復，恢復后開展高程測量點設置，完成高程測量任務[7]。在填方高度達到路床頂1.50m范圍內(nèi)時，測量工作者可以依據(jù)設計縱斷面與橫斷面數(shù)據(jù)進行控制。在填方高度達到路床設計高度后，測量工作者應貫徹精準放樣原則放出路基中心線與兩側邊線，實現(xiàn)路基頂設計高程到中心樁位、兩側樁位的準確測量。同時依據(jù)設計寬度、中線、高程、坡度，完成自我檢定，為后續(xù)工序操作提供依據(jù)。

5.4 電力工程

在電力工程中，除了對電路元件和裝置進行測量和測繪外，還需要對內(nèi)部輸電線路和管道線路進行測量和規(guī)劃。由于技術環(huán)境相當復雜，有各種不確定因素使得傳統(tǒng)的路線測繪非常困難。激光雷達測繪中，機載雷達測繪掃描技術能夠有效地突破不利地理環(huán)境因素的影響。由于電路通常位于建筑物內(nèi)部或地下，雷達系統(tǒng)在激光雷達測繪技術的應用階段，在使用直升機和無人駕駛航空器進行常規(guī)能源技術測繪方面發(fā)揮著重要作用[8]。雷達系統(tǒng)監(jiān)測傳輸過程中的電力線，防止測量發(fā)生位移，進而影響數(shù)據(jù)的準確性，使飛行設備能夠沿動力傳輸方向和流水線傳輸方向以及線路從起點到終點飛行，從而有效地進行測繪工作。因為有些輸電線路很弱，所以有必要選擇合適的激光強度。為了確保聚集效果，有必要自動嚴格調(diào)整發(fā)射的激光強度，使其與功率強度相適應。由于線路測量和測繪風險較高，精度要求較高。因此，在線路測量和測繪中使用的激光發(fā)射機和雷達設備需要時不時地進行維護，以避免由于設備問題而造成數(shù)據(jù)偏差。激光雷達測繪技術的應用將提高電網(wǎng)管理布局的實用性。

6 結束語

綜上所述，激光雷達測繪技術具有精度高、效率高、適應性好等優(yōu)勢，在工程測繪中應用廣泛。根據(jù)工程實踐可知，激光雷達測繪平臺眾多，包括：機載、車載、船載、人工背負等，可根據(jù)測區(qū)實際情況進行合理選擇；測繪過程中，嚴格根據(jù)測區(qū)情況做好系統(tǒng)選型、數(shù)據(jù)采集工作，科學開展點云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)處理工作，保證測繪成果質(zhì)量與精度滿足要求。