工程測繪中激光雷達測繪技術的應用探析

馬宏志

（四川省地質測繪院，四川 成都 610000）

0 前言

近些年來，我國工程建筑、國防、航空等事業(yè)取得了巨大的突破，這些領域的工程項目對測繪精度的要求普遍較高，過去的測繪技術應無法跟上時代發(fā)展，于是人們開始探索更加先進的測繪技術，激光雷達測繪技術就是其中的典型代表，其優(yōu)勢在于高測繪效率和精確性，探究激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用對于我國工程測繪行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 激光雷達測繪技術概述

1.1 激光雷達測繪技術的概念

激發(fā)雷達測繪技術即是指將電磁波信號發(fā)射向被測地點，對反射回來的信號進行接收，將其與原信號進行對比分析，以此掌握被測目標的位置、高度、距離以及運動狀態(tài)等信息，從而達到對被測目標進行跟蹤或是勘測的目標。和傳統(tǒng)測繪技術相比，激光雷達測繪技術可以同時獲得被測目標的三維空間坐標，將其和計算機技術綜合應用可以即時構建其數字模型系，大幅度提升工程測繪的效率、精確度。同時，激光雷達測繪技術還可以和虛擬現(xiàn)實技術進行結合應用，用于自然災害的監(jiān)測和防控。此外，激光雷達測繪技術在工程建設、交通管理以及城市規(guī)劃等領域也有所涉及，可見其應用范圍十分廣泛。

1.2 激光雷達測繪技術的工作原理分析

激光雷達測繪技術在應用的過程中是通過傳感器發(fā)射出高速傳播的激光束，之后利用接收器對地面或是物體反射后的信號進行收集，轉化為電信號，同時記錄光束發(fā)射到接收之間的時間間隔，代入到公式R=c（光速）t（時間）/2中，就可以對激光器距離地面的垂直長度進行明確。使用掃描儀向地表持續(xù)發(fā)射激光波束，并接收地表發(fā)射回來的激光束，結合飛行器飛行的方向對激光發(fā)射束的具體位置和形態(tài)進行記錄，最后通過一定的計算獲得具體空間位置。

1.3 激光雷達測繪技術的具體分類

一般情況下，可以將激光雷達測繪技術具體分成兩類，分別是地面三維激光掃描技術和機載雷達掃描技術。

地面三維激光掃描技術需要使用到的工具包括掃描儀、數碼相機以及定位系統(tǒng)，具體工程程序為對被測物體進行的掃描拍攝，之后利用三維數字系統(tǒng)對獲得的影像資料和相關數據進行加工處理。

機載雷達掃描技術需要使用的工具主要包括高精度激光儀器、定位設備以及數碼相機，其優(yōu)勢在于可以進行同步測量，支持遠距離測量。

2 激光雷達測繪技術在工程測繪中的具體應用分析

2.1 激光雷達測繪技術在基礎測繪中的應用

工程基礎測繪即是對測繪對象的基本信息進行全面完整的采集整理，這一階段工作的主要內容包括地圖測制、數字影像資料收集等。在工程測繪工作中，數字攝影測量是一項復雜性較高的工作，為了避免出現(xiàn)錯誤，必須設計完善的測量程序，并結合工程線長實際情況對測量線路進行合理的安排。采用激光雷達測繪技術，可以實現(xiàn)地面三維坐標數字化表示，大幅度提升三維坐標定位的精確性。同時，數字三維坐標方式的應用降低了數字正射影像生產的難度，有效地節(jié)省了生產成本。此外，采用激光雷達測繪技術可以強化物體三維信息的直觀性，促進基礎測繪數據的可靠性，為工程后續(xù)工作奠定了堅實的基礎。

2.2 激光雷達測繪技術應用礦山測繪

當前階段，我國社會發(fā)展對礦產資源的需求量持續(xù)提升，礦山的大規(guī)模開發(fā)對當地的自然環(huán)境造成了嚴重的破壞，同時也加重了資源枯竭問題，因此在構件數字礦山的過程中，如何實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展將是需要重點考慮的一個方面。為了實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護和數字礦山構建的完美融合，應該將激光雷達測繪技術引入其中，對礦山所在地區(qū)的地面信息數據進行全面高效的采集，以此為依據構建三維虛擬地面模型，選擇最合適的區(qū)域，重建建筑物的數字模型。通過具體應用實踐來看，激光雷達測繪技術在數字礦山構建中的應用可以強化礦山信息的可靠性，提高礦山經濟狀況以及生態(tài)環(huán)境評價的科學性和真實性，為自然災害的防控提供翔實可靠的依據。

2.3 激光雷達技術應用于森林業(yè)

目前，林業(yè)產業(yè)已經成為我國經濟的重要組成部分之一，原因之一就是為了順應生態(tài)環(huán)境保護和資源可持續(xù)發(fā)展的要求。在林業(yè)發(fā)展的過程中，林業(yè)調查工作是十分重要的一個環(huán)節(jié)，這項工作的精確度和詳細度要求都出現(xiàn)了大幅度的提高，將激光雷達測繪技術應用到該領域，可以對森林覆蓋區(qū)域的地形進行準確的測繪，同時記錄森林樹木的高度值等數據，為樹木相關信息的計算掌握提供科學依據。

2.4 激光雷達測繪技術應用于電力傳輸管道和管道線路測繪

在電力傳輸和管道線路測繪工作中，常用的激光雷達測繪技術為機載雷達掃描技術，由于激光雷達系統(tǒng)處于空中，如此就可以最大限度地突破不利地理環(huán)境因素的影響。在具體應用的過程中，直升機只需沿著電力傳輸與管道傳輸的走廊從頭至尾飛行就可以完成測繪工作，操作相對簡單。同時，還可以根據測繪工作的實際需要對直升機飛行的高度和速度進行適當的調整，以此獲得更加高質量的測繪數據。此外，在具體測繪工作中，還可以在激光雷達應用平臺上設置錄像機和數字相機等設備，在測繪的同時對電力傳輸線路進行檢查維護，實現(xiàn)了兩項工作的完美結合。

2.5 激光雷達測繪技術應用于數字城市建設

在信息時代的大背景下，數字城市已經成為城市現(xiàn)代化建設的新目標，在具體實施的過程中，空間信息的確定至關重要，它是數字城市平臺建設和框架構建不可缺少的信息數據，傳統(tǒng)的測繪技術獲得的數據信息很難滿足數字城市建設對數據精度的要求。在這樣的情況下，可以將激光雷達的垂技術應用到該領域，不僅可以獲得數字城市構建必需的空間信息，同時還可以提供高分辨率和高精確度的數字正射影像。

在數字城市建設的過程中，需要構建一個覆蓋整個城市的虛擬化管理平臺，城市三維模型則是該平臺的基礎，為了實現(xiàn)對城市的完美再現(xiàn)，城市三維模型必須具備真實、高精度以及可測量等特征，傳統(tǒng)的測繪技術很容易受到外部環(huán)境因素的影響，導致空間信息的精確度出現(xiàn)問題。而激光雷達測繪技術則是通過激光對建筑物進行多方位掃描，不僅效率高，精度也能夠得到保障。將激光雷達測繪技術和相關軟件綜合應用可以對云數據進行模型構件映射，以此實現(xiàn)城市三維模型的快速構建。

結語

綜上所述，相較于傳統(tǒng)測繪技術，激光雷達測繪技術具有高效率、高精確度以及應用范圍廣等多方面的優(yōu)勢。本文簡要闡述了激光雷達測繪技術的具體工作原理，在此基礎上從基礎測繪、礦山測繪、森林調查、數字城市建設以及管道線路測繪等方面對該技術的具體應用進行了分析，希望可以為技術的推廣應用提供一定的幫助。