工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用研究

王華 周洋 穆斌

【摘 要】在我國科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，數(shù)碼技術(shù)作為一種先進(jìn)的技術(shù)在工程測繪工作中得到了廣泛應(yīng)用，特別是對于激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，促使工程測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性大大提高?；诖?，本文首先闡述激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的具體應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體的案例進(jìn)行進(jìn)一步分析。

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

【中圖分類號】P258 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

目前，在工程測繪工作的開展過程中廣泛應(yīng)用了各種類型的先進(jìn)技術(shù)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)就是一種比較典型的技術(shù)。對于這種技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了工程測繪的工作質(zhì)量與工作效率。通常情況下，要想準(zhǔn)確了解工程測繪中的空間位置，測繪人員就應(yīng)該要對具體的點(diǎn)位進(jìn)行測繪，而對于激光雷達(dá)測繪技術(shù)中GPS系統(tǒng)的應(yīng)用能夠幫助測繪人員準(zhǔn)確找出所需的空間位置信息，并進(jìn)行有效的處理。

一、激光雷達(dá)測繪技術(shù)概述

激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光系統(tǒng)兩部分。其中，激光系統(tǒng)負(fù)責(zé)向外供給激光脈沖，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、處理等工作。在工程測繪工作操作中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)先獲得測繪目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)，再利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理測繪目標(biāo)耳朵數(shù)字?jǐn)z像片，得到測繪目標(biāo)的實(shí)體三維模型，進(jìn)而真實(shí)地展現(xiàn)目標(biāo)工程的所有物體。激光雷達(dá)測繪技術(shù)通過電磁波發(fā)射探測信號，當(dāng)探測信號到達(dá)測繪目標(biāo)所在地后，快速返回測繪目標(biāo)信號，然后對發(fā)射信號與返回信號進(jìn)行對比分析，借此了解測繪目標(biāo)信息，如高度、距離等。而且，激光雷達(dá)測繪技術(shù)包括連續(xù)波激光雷達(dá)技術(shù)、脈沖激光雷達(dá)技術(shù)等，不僅能了解測繪目標(biāo)的靜態(tài)信息，還可以跟蹤、探測測繪目標(biāo)的動態(tài)信息，形成的工程測繪結(jié)果十分完整?！?】

作為目前最先進(jìn)的洲際地形圖測繪技術(shù)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)與傳統(tǒng)的人工測繪方式相比，具備精度高、速度快、工作周期短等顯著優(yōu)勢，是一種先進(jìn)、高效、簡單、低成本的測繪技術(shù)。其在工程測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用，勢必顯著提升工程測繪技術(shù)水平，不僅能保證測量結(jié)果精確，還能促進(jìn)工程測繪事業(yè)發(fā)展。

二、激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

（一）基礎(chǔ)測繪

基礎(chǔ)測繪作為測繪工程工作的基本目的和要求，主要是為了完成搜集整理所需測繪對象的基本信息。在基礎(chǔ)測繪階段，需要完成測制地圖的工作，收集所反映出的數(shù)字影像并對其進(jìn)行分區(qū)域的分析。在測繪工程中，數(shù)字?jǐn)z影測量是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作內(nèi)容，必須要嚴(yán)格規(guī)劃設(shè)計(jì)測量程序，精確安排基本的測量路線。在實(shí)際應(yīng)用中，激光雷達(dá)技術(shù)通過采用數(shù)字三維坐標(biāo)方式，有效地定位地面三維坐標(biāo)，使整個測繪工作更加精準(zhǔn)高效。測繪時通過機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)能夠準(zhǔn)確得出測繪對象的地面三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了高精度影像微分糾正的要求，生產(chǎn)數(shù)字正射影像工作變得不再繁瑣復(fù)雜，大大降低了生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。且通過激光測繪技術(shù)，可直觀地反映出物體、植被的三維信息，有效地提升了基礎(chǔ)測繪的精確性和準(zhǔn)確性，從而使所測繪得出的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，為進(jìn)一步的工程提供參考。

（二）精密工程的測量

精密工程的測量工作離不開工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的支撐。激光雷達(dá)測繪技術(shù)可以將測量目標(biāo)收集起來，然后對目標(biāo)的各種地貌信息進(jìn)行描述，而工作人員就可以利用這些描述來完成精密工程的測量工作。精密工程中包含了許多種類的工作，比較常見的有沉降測量和考古工作等，這些工作中都可以利用地面激光雷達(dá)來獲取實(shí)際的地形地貌信息，最終工作人員就可以根據(jù)獲得的信息來構(gòu)建出建筑物模型，進(jìn)而做好后期作業(yè)的前期規(guī)劃工作。除此之外，精密工程中還包括選擇線路的工作，其中就有鐵路的選線工作，所有的選線工作中都可以利用機(jī)載激光雷達(dá)來方便后期施工中的精密作業(yè)?！?】

（三）礦山測繪

當(dāng)前，在生態(tài)文明社會構(gòu)建的大背景下，中國礦業(yè)城市乃至整個礦業(yè)發(fā)展遇到了很大困境。特別是礦山生態(tài)環(huán)境惡化，礦業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的功能受到了一定限制，人力、物力、財(cái)力等資源都不能滿足礦業(yè)發(fā)展需求。為了解決以上問題，促進(jìn)礦業(yè)發(fā)展，必須重視數(shù)字礦山構(gòu)建工作，利用數(shù)字礦山來推動礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

進(jìn)行數(shù)字礦山構(gòu)建時，利用激光雷達(dá)測繪技術(shù)中的雷達(dá)數(shù)據(jù)濾波獲取礦區(qū)數(shù)據(jù)，模擬建立礦區(qū)的地面三維模型。然后，基于這一地面模型合理規(guī)劃礦區(qū)內(nèi)的建筑物分布，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)合理分布。同時，提取礦山建筑物的頂面信息，建構(gòu)建筑物的三維模型。對礦山的地面模型和建筑模型進(jìn)行組合建模、匹配融合，形成完整的礦山三維數(shù)字模型，從而為礦山管理、修繕、采礦等工作決策提供有力支持。如，利用礦山三維數(shù)字模型評估礦山塌陷區(qū)的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境、調(diào)查礦區(qū)建筑物和土地沉降等，方便礦山工作人員進(jìn)行后續(xù)的管理工作，做好礦山經(jīng)營管理和生態(tài)環(huán)保工作。

（四）林業(yè)工程測繪

通過收集這些數(shù)據(jù)，就可對測繪地是否適合展開林業(yè)工程做出判斷，防止因隱患問題導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果產(chǎn)生。由于激光雷達(dá)技術(shù)在林業(yè)工程測繪上的優(yōu)勢，目前，其已被廣泛使用，通過其高精度，林業(yè)從業(yè)人員往往能夠找到十分適宜種植的土地，大大減少了虧損。在選擇伐木地時，通過激光雷達(dá)技術(shù)，也可較好地判斷出哪些區(qū)域的樹木砍伐之后不會影響到周圍動植物的生長，這也幫助維持了生態(tài)平衡。

三、激光雷達(dá)測繪技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用廣泛，以高精度、高效益等技術(shù)優(yōu)勢很好的滿足了工程測繪要求。鑒于激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用十分廣泛，本文以工程建筑為例，對激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了分析，以便更進(jìn)一步的深入了解激光雷達(dá)測繪技術(shù)。

（一）機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的作用距離量測

以某工程建筑為測繪對象，在約5000m的能見度條件下通過機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行工程建筑測量，完成測繪目標(biāo)成像。表1是能夠成像的最遠(yuǎn)目標(biāo)距離下的激光雷達(dá)的成像距離。從表1可以看出，機(jī)載激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)在能見度10000m情況下的作用距離為2890m，高于指標(biāo)要求的2700m，可以用于本工程建筑量測，這符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和要求。

（二）掃描均勻性量測

在工程建筑三維地形回測掃描成像中，機(jī)載激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)主要利用掃描系統(tǒng)進(jìn)行掃描成像。在這一過程中，雖然掃描均勻性不影響目標(biāo)測量角度的準(zhǔn)確性，但是對地形輪廓反映精度有重大影響。

機(jī)載激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)中的掃描成像技術(shù)以激光雷達(dá)成像原理為基礎(chǔ)，先測量獲取測繪工程的若干個位置距離信息，再利用插值等圖像處理方法分析處理位置距離信息，形成工程建筑的三維圖形。在這一過程中，位置距離采樣點(diǎn)的均勻性對激光成像有著很大影響。一般情況下，采樣點(diǎn)布置越密集，采樣點(diǎn)信息利用率越高，建構(gòu)的三維圖形約精確。為此，本工程建筑測繪要科學(xué)合理的布置采樣點(diǎn)，保證采樣點(diǎn)布置均勻，從而提高光束掃描的均勻性。

四、結(jié)束語

總之，激光雷達(dá)測繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾多，將它應(yīng)用在工程測繪中能夠進(jìn)一步提高工程測繪的質(zhì)量與效率，并幫助測繪人員得到更多準(zhǔn)確的測繪數(shù)據(jù)，促使我國工程測繪行業(yè)的更好發(fā)展。而且，在我國科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，這項(xiàng)技術(shù)必將更加成熟與完善，從而也就可以在更多的領(lǐng)域創(chuàng)造價值。

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