趙璽旻

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)測(cè)繪成果的要求越來(lái)越高。在信息化時(shí)代支持下出現(xiàn)了激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)逐步深入到工程建設(shè)的各個(gè)發(fā)展環(huán)節(jié)，其可以簡(jiǎn)化工程測(cè)繪流程與步驟，獲得準(zhǔn)確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，從而推動(dòng)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)分析工程測(cè)繪的相關(guān)問(wèn)題，討論激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的的應(yīng)用效果，僅供參考。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)；工程測(cè)繪；應(yīng)用分析

一、前言

經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展后，我國(guó)的航空事業(yè)、國(guó)防事業(yè)、建筑事業(yè)發(fā)展速度加快，對(duì)工程測(cè)繪提出較高要求，然而傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足測(cè)繪工程的要求，新的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在工程測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以提升測(cè)繪質(zhì)量與精確度，整體測(cè)繪效率高，可以促進(jìn)工程測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展[1]。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)涉及空間掃描技術(shù)、激光發(fā)射技術(shù)、信息處理技術(shù)，測(cè)量效果明顯高于傳統(tǒng)測(cè)量法，具備較高的自動(dòng)化水平、測(cè)繪精度，且數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)間短，不會(huì)受到天氣因素的影響[2]。

二、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)概述

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)是在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)上形成的，涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光系統(tǒng)，利用衛(wèi)星系統(tǒng)定位，激光系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，之后對(duì)比處理發(fā)射信號(hào)、原有信號(hào)，全面分析測(cè)量目標(biāo)的形態(tài)、位置、高度，繪制三維坐標(biāo)圖像。結(jié)合激光雷達(dá)技術(shù)、工程測(cè)繪，可以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工程測(cè)繪法，準(zhǔn)確定位測(cè)量目標(biāo)，獲取相關(guān)信息[3]。在工程測(cè)繪工作中，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)科學(xué)處理數(shù)字?jǐn)z像片，獲得三維模型，展示出目標(biāo)工程物體。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具備多功能測(cè)量、精確度、時(shí)效性等優(yōu)勢(shì)，成為應(yīng)用廣泛的技術(shù)措施。

三、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（一）精準(zhǔn)性

在現(xiàn)有測(cè)繪技術(shù)中，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)先進(jìn)，能夠獲得較高的精確度[4]。在具體應(yīng)用中，測(cè)量結(jié)果誤差小，測(cè)繪范圍廣。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在測(cè)量目標(biāo)的范圍、準(zhǔn)確度方面，已經(jīng)獲得明顯的進(jìn)步。形成測(cè)繪圖紙時(shí)，并非簡(jiǎn)單的測(cè)繪結(jié)果，而是大量驗(yàn)證、測(cè)繪所得。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)通過(guò)收集數(shù)據(jù)信息、分析數(shù)字圖像，可以形成測(cè)繪地圖，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪的不足，全面保障工程測(cè)繪工作。

（二）全面性

開(kāi)展工程測(cè)繪工作時(shí)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)借助電磁波信號(hào)測(cè)繪，發(fā)射信號(hào)脈沖，收集反射信號(hào)，測(cè)量和分析目標(biāo)位置、質(zhì)量、體系要素[5]。電磁波信號(hào)具備較強(qiáng)的穿透力，針對(duì)大體積測(cè)量目標(biāo)，能夠獲得較高的準(zhǔn)確性。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)按照基礎(chǔ)參數(shù)、實(shí)際情況，建立三維物理模型，聯(lián)合數(shù)字化技術(shù)呈現(xiàn)虛擬數(shù)碼城鄉(xiāng)，技術(shù)具備全方位、全面性優(yōu)勢(shì)，因此可以豐富工程測(cè)繪信息，提供參考信息。

（三）時(shí)效性

工程施工期間，當(dāng)周邊環(huán)境因素變化后，測(cè)量目標(biāo)的測(cè)量也會(huì)改變，影響測(cè)繪結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，延長(zhǎng)工程進(jìn)度，但是激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以避免不良問(wèn)題。技術(shù)的時(shí)效性較高，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位測(cè)量目標(biāo)，不管測(cè)量目標(biāo)因素變化如何，均可以利用信號(hào)反射，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集、處理，建立物理模型。與傳統(tǒng)測(cè)繪法相比，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的靈敏度、時(shí)效性較高，能夠控制測(cè)量結(jié)果，降低環(huán)境影響。

四、激光雷達(dá)技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

（一）精密工程測(cè)繪的應(yīng)用

多數(shù)復(fù)雜工程對(duì)測(cè)繪精度要求高，如沉降測(cè)量、考古、變形測(cè)量、工程測(cè)量等，對(duì)精密度要求高。上述工程要獲取精確數(shù)據(jù)，建立準(zhǔn)確的立體模型。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具備時(shí)效性、精準(zhǔn)性要求，可以應(yīng)用多功能測(cè)量法，收集多方位的信息。利用云數(shù)據(jù)，可以結(jié)合紋理信息、模型，整合為三維立體模型，確保測(cè)繪工程的質(zhì)量。

（二）礦山與森林工業(yè)測(cè)繪的應(yīng)用

信息化技術(shù)支持下，相應(yīng)地完善了經(jīng)濟(jì)建設(shè)體系，提高了生活水平，社會(huì)生產(chǎn)與生活對(duì)煤炭能源的需求度增高。煤礦開(kāi)采規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，然而卻未解決礦產(chǎn)能源短缺問(wèn)題，反而加劇了環(huán)境破壞，對(duì)礦山可持續(xù)發(fā)展的影響較大。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，相關(guān)部門要做好創(chuàng)新與改革工作，建設(shè)數(shù)字化礦山。應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，及時(shí)采集礦山信息，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整合、分析和處理，確保三維數(shù)字模型的針對(duì)性。在收集數(shù)據(jù)時(shí)要深入分析礦山的實(shí)際情況，優(yōu)化整合礦山模型、地面模型，密切監(jiān)測(cè)塌陷區(qū)域的損耗情況，預(yù)測(cè)礦山的潛在危害。在礦山測(cè)繪中，合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，為礦山開(kāi)采提供有效信息模型。繪制礦山情況、生態(tài)環(huán)境，減少開(kāi)采危險(xiǎn)，處理資源短缺問(wèn)題。由于礦山的不確定性因素多，派遣工程人員實(shí)地勘測(cè)會(huì)引發(fā)較多危險(xiǎn)事故。所以在規(guī)劃勘測(cè)路線時(shí)，必須標(biāo)注路標(biāo)、路線、路障，保證各類信息的精確度，才可以順利開(kāi)展勘探工作。在勘測(cè)工作中，需要借助無(wú)人機(jī)測(cè)量，獲取無(wú)人機(jī)飛行航跡，從而推導(dǎo)出目標(biāo)坐標(biāo)、原件尺寸。通過(guò)地面GPS基站、激光機(jī)載，利用測(cè)量數(shù)據(jù)、平差，明確飛機(jī)飛行軌跡。技術(shù)雷達(dá)系統(tǒng)以橢球面作為大地高程，當(dāng)測(cè)量范圍較大時(shí)，則將地面表面作為平面，忽略誤差。疊加測(cè)繪信息、基礎(chǔ)物理模型，建立精細(xì)三維模型，順利實(shí)施礦山工程測(cè)量工作。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)礦山工程模型，并將其應(yīng)用到其他工程中，可以為礦山開(kāi)發(fā)、修繕、管理提供參考。

森林工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，必須科學(xué)管理森林資源。在測(cè)繪森林時(shí)，由于資源面積大，種類多，對(duì)測(cè)繪工作的影響明顯，所以通過(guò)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，能夠獲取森林資源信息。森林工業(yè)包括木材生產(chǎn)、林木加工，利用機(jī)載激光雷達(dá)，可以確保樹(shù)木高度、樹(shù)質(zhì)、地形地貌、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果，使人員獲得準(zhǔn)確資源信息，科學(xué)評(píng)價(jià)森林質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)森林工業(yè)的發(fā)展。

（三）電力系統(tǒng)與管道的應(yīng)用

地理因素非常復(fù)雜，致使電力傳輸、管道分布的復(fù)雜度高。在測(cè)繪工程中，合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，測(cè)量地理環(huán)境、管道線路、電力穿上區(qū)域。在布置城市管道、電力系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)，也要依賴激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)。聯(lián)合激光雷達(dá)系統(tǒng)、數(shù)碼攝像機(jī)、傳感器，可以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，繪制準(zhǔn)確線路圖。電力工程操作中，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用較多，首先要轉(zhuǎn)化數(shù)碼攝像、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而形成數(shù)字模型，整合影像圖和模型，建立三維立體模型。電力工程設(shè)計(jì)人員要按照模型選擇最佳線路，應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，定期巡查電力工作，保證電力線路使用的安全性。電力能源運(yùn)輸期間，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)按照電力管道線路，實(shí)時(shí)調(diào)整飛行線路，測(cè)繪成本低廉，能夠獲取準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。在測(cè)量工作中，繪制電力傳輸路線，可以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，并且提供穩(wěn)定能源供應(yīng)。

在應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)時(shí)，通過(guò)機(jī)載雷達(dá)掃描技術(shù)，能夠突破不良地理因素影響，因此電路多存在于建筑內(nèi)部與地下，因此應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)時(shí)，需要應(yīng)用無(wú)人機(jī)、直升機(jī)測(cè)量，雷達(dá)系統(tǒng)起到輔助性作用。使用雷達(dá)系統(tǒng)勘測(cè)電力線路，可以減少測(cè)量偏移，避免對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。飛行設(shè)備沿著電力傳輸、管道傳輸走向、路線，能夠高效完成測(cè)繪工作，部分傳輸線路薄弱，所以要確保激光強(qiáng)度選擇的適宜性。為了維護(hù)采集效果，需要參考電力強(qiáng)弱調(diào)整發(fā)射激光強(qiáng)度。此外，飛行設(shè)備的飛行速度、高度也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生影響，因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析、模型形成中必須深入分析不良影響因素，采取科學(xué)且有效的處理對(duì)策，以保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在開(kāi)展線路測(cè)繪工作時(shí)，要安裝數(shù)字相機(jī)、錄像機(jī)，既可以策劃數(shù)據(jù)，還可以檢查、維護(hù)電力傳輸線路，確保二者結(jié)合的完美度。線路測(cè)繪會(huì)面臨較多危險(xiǎn)，因此必須提升精細(xì)度要求。在線路測(cè)繪工作中，要定期維護(hù)激光發(fā)射裝置、雷達(dá)裝置，減少設(shè)備問(wèn)題所致數(shù)據(jù)偏差。合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，可以確保電力網(wǎng)管布置的科學(xué)性。

（四）基礎(chǔ)工程測(cè)繪的應(yīng)用

在基礎(chǔ)測(cè)繪工作中，通過(guò)應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，可以確保工程建設(shè)質(zhì)量?；A(chǔ)測(cè)繪，切割、反映測(cè)繪目標(biāo)信息，形成初期測(cè)繪圖紙。在數(shù)字測(cè)量、攝影工作中，為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，必須明確實(shí)際情況，確保測(cè)繪線路的合理性。在基礎(chǔ)測(cè)繪工作中，合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，可以保證影像、三維坐標(biāo)的精度，簡(jiǎn)化復(fù)雜的測(cè)繪環(huán)境。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)能夠完成基礎(chǔ)測(cè)繪工程，減少工程測(cè)繪成本。

（五）城市規(guī)劃建設(shè)的應(yīng)用

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展加快了城市規(guī)劃進(jìn)程，針對(duì)城市規(guī)劃工作，基于地理地形，以人工形式獲取信息，操作難度大，時(shí)效性不足，還會(huì)影響測(cè)繪準(zhǔn)確度。因此，在規(guī)劃和建設(shè)工作中，要合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，以多種方式獲取信息，提升數(shù)字化城市的建設(shè)速度，保證數(shù)字影像的高精度。建立數(shù)字模型，享受多種資源信息，確保城市規(guī)劃與建設(shè)的有效性。

（六）數(shù)字化城市建設(shè)的應(yīng)用

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，可以為數(shù)字化城市提供空間信息、數(shù)字影像數(shù)據(jù)，并且為城市三維模型建設(shè)提供數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，多角度、全方位掃描工程項(xiàng)目，可以獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、空間信息，建立城市三維模型。與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以消除地理環(huán)境、成本的影響，加快數(shù)字化城市建設(shè)速度。

（七）數(shù)字高程建模

建筑工程施工發(fā)展中，逐漸出現(xiàn)了數(shù)字高程建模方式，可以確保工程施工的科學(xué)性。利用數(shù)字高程建模，施工企業(yè)可以明確分析施工過(guò)程的各項(xiàng)因素，如統(tǒng)計(jì)土方量，掌握地形通視度等。在建筑測(cè)繪工程中，合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，通過(guò)激光點(diǎn)收集工程區(qū)域的數(shù)據(jù)建立三維坐標(biāo)，優(yōu)化整合數(shù)據(jù)信息，建立數(shù)字高程模型。通過(guò)此種方式，可以縮短高程建模速度，維護(hù)數(shù)字高程建模的準(zhǔn)確性。

（八）水下地形測(cè)量

激光雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用不同波長(zhǎng)的激光束，真實(shí)測(cè)量水下地形。應(yīng)用激光雷達(dá)系統(tǒng)，借助紅光測(cè)量水面，利用藍(lán)綠光測(cè)量水底，利用光束的接收時(shí)間差，計(jì)算水的真實(shí)深度。通過(guò)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，大面積測(cè)量水下地形。同時(shí)，在測(cè)量海道時(shí)，也可以應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，測(cè)量深度達(dá)到50m，海水水質(zhì)清晰度不同，測(cè)量深度也不同，因此要水文、航道領(lǐng)域的應(yīng)用比較多。

五、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用注意事項(xiàng)

相比傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間短，當(dāng)技術(shù)應(yīng)用不合理時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生多種失誤。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，必須關(guān)注到各個(gè)注意事項(xiàng)。

（一）加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)屬于新型技術(shù)，要求操作人員學(xué)習(xí)技術(shù)內(nèi)容與要點(diǎn)，既要掌握設(shè)備操作方法，明確操作步驟與技能，還要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，了解技術(shù)應(yīng)用的不良問(wèn)題，規(guī)范操作方法與技術(shù)措施。定期組織施工單位開(kāi)展知識(shí)教育、技能培訓(xùn)等工作，充分講解必要的理論知識(shí)，做好實(shí)踐鍛煉，正常開(kāi)展工程測(cè)繪工作。

（二）注重測(cè)繪設(shè)備的檢修與維護(hù)

在應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)之前，必須保證測(cè)繪設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施完善。當(dāng)測(cè)繪設(shè)備出現(xiàn)不良問(wèn)題時(shí)，則會(huì)對(duì)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，降低施工效率。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，必須定期檢修、維護(hù)測(cè)繪設(shè)備，制定詳細(xì)的設(shè)備保養(yǎng)方案，確保測(cè)繪設(shè)備始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備對(duì)測(cè)繪工作的影響。

六、工程測(cè)繪的案例分析

（一）作用距離量測(cè)

將建筑工程作為測(cè)量的目標(biāo)，能見(jiàn)度達(dá)到5km，以視激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像。通過(guò)成像的最遠(yuǎn)目標(biāo)距離，作為下視激光雷達(dá)的成像距離，見(jiàn)表1。

（二）掃描均勻性量測(cè)

在三維地形回測(cè)掃描成像中，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可以采用掃描體質(zhì)法。雖然掃描均勻性的合理性很少對(duì)目標(biāo)角度量測(cè)產(chǎn)生影響，然而掃描均勻性可以反映出采樣點(diǎn)、地形輪廓等。機(jī)載三維地形掃描法需要應(yīng)用激光雷達(dá)成像原理，按照測(cè)量目標(biāo)的距離信息，采用插值法處理圖像，之后形成目標(biāo)三維圖像。采樣點(diǎn)的均勻度對(duì)信息與激光圖像的貢獻(xiàn)度影響大，采樣點(diǎn)的均勻度越高，則信息利用率越高。在實(shí)驗(yàn)操作中，通過(guò)掃描均勻性測(cè)試設(shè)備，量測(cè)激光雷達(dá)的光束描述均勻性指標(biāo)。機(jī)載激光雷達(dá)發(fā)射的激光，可以照射到標(biāo)準(zhǔn)反射板上，通過(guò)掃描均勻性設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)光斑城鄉(xiāng)，利用軟件校正處理激光鏡頭、波長(zhǎng)、能量，主動(dòng)識(shí)別光斑圖像，計(jì)算光斑均勻性。地面模擬成像設(shè)備上，安裝適宜的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)二維掃描，獲得建筑體、山體等三維數(shù)據(jù)，之后達(dá)到均勻性掃描成像目標(biāo)。使用專用量測(cè)設(shè)備可以獲取三維圖像，以圖像方式呈現(xiàn)出來(lái)，檢驗(yàn)激光雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的成像能力。

七、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，測(cè)繪技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展出現(xiàn)了激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，具備全面性、時(shí)效性、精確度等優(yōu)勢(shì)，因此廣泛應(yīng)用到工程測(cè)繪中。合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，要明確技術(shù)參數(shù)，保證測(cè)繪工作的準(zhǔn)確性。合理應(yīng)用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，確保測(cè)繪人員熟練操作測(cè)繪流程與步驟，從而降低工程測(cè)繪成本，簡(jiǎn)化操作細(xì)節(jié)，獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展，使得多個(gè)領(lǐng)域都開(kāi)始應(yīng)用技術(shù)措施，從根本上促進(jìn)了工程測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)展。

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[5]江木春，韓亞民，林劍鋒.無(wú)人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在航道整治工程中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2022，20（4）：157-160+165.

作者單位：重慶市勘測(cè)院