探析工程測量中激光雷達測繪技術(shù)的應(yīng)用

黃琳　郭朋良

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和時代的進步，激光雷達已經(jīng)應(yīng)用到工程測量的前沿工作中，實踐證明激光雷達能夠提高工程測量的精度和作業(yè)效率，使工程測量工作變得更加簡便，從側(cè)面促進了建設(shè)各行業(yè)的的良好發(fā)展。為了繼續(xù)在工程測量中發(fā)揮出激光雷達的作用，滿足人們越來越高標準的測量需求，本文就激光雷達技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用策略做出幾點分析，希望能為工程測量領(lǐng)域的技術(shù)提高提供參考。

【關(guān)鍵詞】工程測量；激光雷達；測繪技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號： TV221 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）15-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.009

Application of lidar mapping technology in engineering surveying and mapping

HUANG Lin1 GUO Peng-liang2

（1.Henan Yellow River Survey Information Engineering Institute Zhengzhou Henan 450000；

2.Henan Water Survey Co.， Ltd. Zhengzhou Henan 450000）

【Abstract】With the development of science and technology and the progress of the times， the application of laser radar has already entered the frontier work of Engineering Surveying and mapping. The practice has proved that the laser radar has rapidly improved the accuracy and efficiency of Engineering Surveying and mapping， making the work of Surveying and mapping more convenient and promoting the good development of the construction career from the side. . In order to continue to play the role of laser radar in engineering surveying and mapping， meet people's increasing standards of building demand， this paper makes some analysis on the application strategy of laser radar technology in the work， hoping to provide reference for the improvement of Engineering Surveying and mapping industry.

【Key words】Engineering surveying and mapping； Lidar； Application of Surveying and mapping technology

隨著時代的進步和發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域都有了質(zhì)的飛躍，這也對我國工程測量提出了更高的要求。近年來，工程測量在測量精度和應(yīng)用范圍上都有了顯著的技術(shù)提升，在實際工作中能夠更準確、直觀的獲取空間位置。但部分工程測量中仍采用傳統(tǒng)技術(shù)，并不能滿足現(xiàn)代高精度的工程測量工作，因此要加強激光雷達技術(shù)的應(yīng)用，利用GPS定位提供更準確的位置信息，受天氣等外界因素影響小，比傳統(tǒng)的攝影測量、工程測量有著顯著的優(yōu)勢，激光雷達在工程測量中的應(yīng)用，是推動我國工程測量行業(yè)進一步發(fā)展的重要新技術(shù)。

1 激光雷達測繪技術(shù)的概述

（1）激光雷達測繪技術(shù)的概念分析

激光雷達測繪技術(shù)是激光技術(shù)與雷達技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，這種組合型測繪技術(shù)是近年來廣泛推行的高效測繪方法，其工作原理和微波類型的雷達比較相近，都是采用傳感器發(fā)射探測光束傳播后，由接收器反射成為電信號，在將激光束發(fā)射的時間和接收時間進行記錄，通過電磁波承載信號進行互相傳遞，進而對于測量目標描述具體位置和具體形態(tài)。在激光雷達的實際測量過程中能夠非常精準的檢測到測量目標的方位、距離、高度、形態(tài)等數(shù)據(jù)信息，誤差很小，同時再結(jié)合GPS和INS技術(shù)共同發(fā)揮作用，完善測繪工作[1]。

激光雷達技術(shù)在經(jīng)歷了多次變革后，在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能方面都有了顯著地提升，從安裝平臺上來看有機載、地面、艦載等幾種，屬于載動激光雷達，通過三維空間的變換來測量目標的三個坐標系數(shù)據(jù)，在實時獲取目標信息上有很大的發(fā)展空間，增強了方位配置、俯仰和自動追蹤的功能，是常用的激光探測和測距系統(tǒng)。從功能上來看有靶場、火控、導(dǎo)彈等，根據(jù)測繪任務(wù)的不同類型分成障礙物回避類型激光雷達、連續(xù)波激光雷達等。

目前激光雷達測繪技術(shù)的測繪方式和測繪設(shè)備都呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，對微波雷達、紅外設(shè)備、可見光電視等的運用十分廣泛，通過增強發(fā)射部件、信息處理系統(tǒng)、操控終端的科技水平，加強了測繪過程的檢測范圍、搜尋范圍，自動化水平和數(shù)據(jù)精密度都隨著測繪技巧的組合使用得到顯著加強，推動了我國工程測量行業(yè)的發(fā)展[2]。

2 激光雷達測繪技術(shù)的具體工作

目前激光雷達測繪技術(shù)主要分成三類。第一種是空間掃描技術(shù)，通常分為掃描體制和非掃描體制，激光掃描技術(shù)是在社會和軍事中獲取三位地理信息的主要途徑，通過掃描目標圖樣進行國家的城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開發(fā)、水利工程、環(huán)境監(jiān)測等，對國家城市和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟建設(shè)有很大的幫助，在防震減災(zāi)和交通通訊上也為人民生活帶來許多便利之處。

第二種激光發(fā)射機技術(shù)，是依靠半導(dǎo)體激光器、二氧化碳激光器等發(fā)射光脈沖打在物體上并反射回來，通過接收到的信息來測量目標距離角度、運動狀態(tài)、識別和跟蹤目標，在低空直升機、化學(xué)生物探測、和水下探測中發(fā)展更加成熟，更多的運用于軍事方面。它有著高速度、高性能、長距離的特征，能提供更多目標性能數(shù)據(jù)，例如水下的機載激光雷達，最大的特點就是可以水下目標成像，這對于水下檢測海深地形、海岸侵蝕等數(shù)據(jù)有著非常大的優(yōu)勢。

第三種是高靈敏度的信息接受技術(shù)，是由光學(xué)探測器和回波理電路等組成，需要對各個傳動結(jié)構(gòu)、掃描儀、激光器等收集來的信息進行匯聚、光電轉(zhuǎn)變、放大檢測等，既要完成對目標的三維圖像數(shù)據(jù)處理，還要修正圖像性的非線性掃描、回波信號幅度、圖像顯示燈高速運算，是激光雷達測繪技術(shù)里最重要的環(huán)節(jié)，常需要大規(guī)模的集成電路和高科技計算機互相協(xié)助完成[3]。

3 激光雷達在工程測量中的具體應(yīng)用

（1）基礎(chǔ)測繪的應(yīng)用

基礎(chǔ)測繪是工程測量工作中最基本的要求，通常情況下是通過GPS等三維測繪方式來收集和整理測量目標的基本信息，有效定位目標的三維坐標，完成測繪任務(wù)。測繪是一項需要高度集中的專業(yè)性和復(fù)雜性都很強的高難度工作，所以為了保證測繪數(shù)據(jù)的準確度和正式性，工作人員必須嚴格的按照測繪的規(guī)定方法，通過收集到的三維數(shù)據(jù)合成數(shù)字影像并對其進行分析。因此在基礎(chǔ)測繪的過程中，使用激光雷達測繪技術(shù)能夠大大提高數(shù)據(jù)的準確性，能讓測繪工作的結(jié)果更加真實可靠，減少了工作的失誤成本，通過激光雷達技術(shù)有效精準的反應(yīng)目標信息而節(jié)約了工作時間，讓后續(xù)工程活動的開展更加順利。

（2）精密工程測量中的應(yīng)用

在開展高精度工程測量的過程中，為了保證測繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量，同樣需要技術(shù)人員采用激光雷達技術(shù)的輔助。例如在水文測量、電力選線過程、文物考古作業(yè)中都需要目標的三維坐標和三維模型的數(shù)據(jù)，尤其是在地底和水下的實地勘測中，傳統(tǒng)的測繪設(shè)備已經(jīng)無法滿足作業(yè)要求，激光雷達測量技術(shù)能夠在嚴苛的地形條件情況下獲取更多測量目標的數(shù)據(jù)信息。在鐵路設(shè)計過程中，運用激光雷達技術(shù)就可以全面的獲取整個鐵路工程線路的信息，以及公共區(qū)域的地形要素勘測，能夠精準的測繪處各個地段之間的數(shù)值和距離大小，幫助后期作業(yè)落實高程模型，這樣可以更好地設(shè)計鐵路路線，施工方案也更加完善。在設(shè)計電力選線的過程，也可以借助激光雷達數(shù)據(jù)全面了解線路布局，在維護搶修的過程中能夠根據(jù)激光雷達的數(shù)據(jù)點結(jié)合地面裸露的高程，計算任意線路和地面的距離，特別是在樹木密集區(qū)，激光雷達的測繪效果更加精準，使維護搶修工作能更加便利。激光雷達測繪技術(shù)相較其他的傳統(tǒng)測繪方法，更加靈活多變，能實時的監(jiān)測現(xiàn)場情況，有效測量目標的區(qū)域范圍和三維立體參數(shù)，使工程的開展能夠減少不必要的失誤。

（3）數(shù)字礦山測繪中的應(yīng)用

目前我國對自然資源的開采情況過高，各地區(qū)礦山面臨著資源衰竭、周圍環(huán)境破壞等惡劣情況，對開采工作帶來更大難度的同時，也使礦山行業(yè)的發(fā)展面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)我國資源的可持續(xù)發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境的綠色平衡，建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟社會，激光雷達技術(shù)在礦山工程中的測繪應(yīng)用必不可少。通過激光雷達測繪技術(shù)能夠全面的對礦山進行勘測，迅速并準確的提取礦山周圍地區(qū)的地形地貌，構(gòu)成地面模型來幫助開采工程能更好地規(guī)劃開采區(qū)域，使數(shù)字礦山工程在開展中合理的考慮地形特征和資源的分布情況，保護生態(tài)的平衡，減少資源浪費。并且激光雷達測繪過程中還能對開采工作遇到的意外情況進行規(guī)避，例如地質(zhì)脆弱的易崩塌地區(qū)、滑坡泥石流等易沉陷區(qū)域，這些地質(zhì)隱患問題在開采過程中都能合理避免，減少人員和建筑物的損害，使礦山經(jīng)營和開采工作能夠順利展開。

（4）電力傳輸和管道分布

電力系統(tǒng)是人民生活和各單位企業(yè)發(fā)展所必須的資源，在高樓林立、地形復(fù)雜的城市之中想要合理的規(guī)劃電力傳輸線路自然離不開激光雷達的測繪技術(shù)。對于傳輸線路的測量可以采用直升機平臺的機載測繪方式，利用直升機在城市中巡視激光雷達測繪系統(tǒng)獲取城市數(shù)據(jù)和管道分布情況，也可結(jié)合數(shù)碼相片技術(shù)將激光雷達的信息與建筑物模型相結(jié)合，同步開展線路檢查與城市制圖的工作，進一步完善電力系統(tǒng)與管道分布的規(guī)劃工作，對其分析、保護、維修等方面都能提供便利，提高電力與管道建設(shè)方面的工作效率。

（5）森林工業(yè)領(lǐng)域的測繪應(yīng)用

森林工業(yè)的發(fā)展由于自身的規(guī)模極廣、數(shù)據(jù)量偏大的特點而難以精準的進行規(guī)劃工作，往往需要很長時間的測繪和調(diào)查準備，為工程的及時開展帶來不便因素。在現(xiàn)代社會強調(diào)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護的要求下，需要更加精準的勘測森林工業(yè)的發(fā)展區(qū)域和土地資源的分布情況，如果采用衛(wèi)星成像等傳統(tǒng)的測繪技術(shù)則無法獲取這么精準的地形數(shù)據(jù)、植被結(jié)構(gòu)以及野生動物棲息特性。使用新型的激光雷達復(fù)合技術(shù)，可以準確的測量森林中各地區(qū)的樹木的疏密程度，分析植被的覆蓋率和覆蓋面積，精準的繪制樹冠以下被遮擋的地表情況和大范圍的地形結(jié)構(gòu)，使測繪人員能夠根據(jù)準確的高程數(shù)據(jù)制定最佳路線和最佳施工區(qū)域，大大節(jié)省了測繪制圖的人力物力，加快工程的開展進度。

4 結(jié)語

綜上所述，伴隨著人們對激光雷達測繪技術(shù)認識的加深，科技的發(fā)展進步讓激光雷達技術(shù)有了越來越多可以應(yīng)用的范圍，眾多科研人員仍不懈努力的完善激光雷達技術(shù)的信息處理技術(shù)。在工程測量的發(fā)展中，激光雷達技術(shù)的性能可以提取更多更精準的信息數(shù)據(jù)，顯著提升測繪精度，已經(jīng)成為了測繪工作未來發(fā)展的熱門趨勢。因此在未來的行業(yè)發(fā)展中，需要技術(shù)人員充分重視激光雷達測繪技術(shù)的運用，改變傳統(tǒng)的工程測量理念，要秉持多角度、多方面的專業(yè)態(tài)度來看待激光雷達的應(yīng)用問題，在實踐中加大激光雷達測繪技術(shù)應(yīng)用，讓激光雷達與工程測量的結(jié)合機制更加成熟完善，使激光雷達測繪技術(shù)成功應(yīng)用在工程測量之中，推動工程測量行業(yè)的快速發(fā)展。

【參考文獻】

[1]董張博.激光雷達測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，（36）：250.DOI：

[2]惠帥男.談工程測量中激光雷達測繪技術(shù)的運用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，（20）：221-221.

[3]演丁瑞.工程測量中激光雷達測繪技術(shù)的運用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016，（19）：170.DOI：