探討激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

摘要：對(duì)激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)發(fā)展史進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)雷達(dá)技術(shù)原理進(jìn)行了講解，之后經(jīng)過(guò)重重試驗(yàn)專(zhuān)研，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)的全面運(yùn)作效果，廣泛應(yīng)用于各形式的測(cè)量工作中。從實(shí)踐得出，激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)在測(cè)量精度、自動(dòng)化程度以及測(cè)量數(shù)據(jù)可視化等方面要明顯優(yōu)越于傳統(tǒng)測(cè)量方法，并且極大地減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá) 工程測(cè)繪 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：P236 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-0-01

激光雷達(dá)技術(shù)的英文縮寫(xiě)為L(zhǎng)idar，屬于高配置高原理集成系統(tǒng)，成為如今數(shù)碼測(cè)繪技術(shù)的典型代表技術(shù)。Lidar系統(tǒng)的空間位置是由記載GPS提供的，lidar激光的方向引導(dǎo)依靠慣性測(cè)量技術(shù)。此外，激光系統(tǒng)負(fù)責(zé)激光脈沖的供給，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供高速、大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與處理能力。充分利用lidar激光雷達(dá)技術(shù)，可以使空間三維坐標(biāo)在同時(shí)間、快速且精確的獲得。依照實(shí)地取得的數(shù)碼攝影像片，經(jīng)計(jì)算機(jī)全面操作，實(shí)現(xiàn)大型實(shí)體及場(chǎng)景目標(biāo)的3D數(shù)據(jù)模型，展示設(shè)計(jì)生活中真實(shí)存在的事物形態(tài)，以保證快速獲取空間信息的效果。

1 激光雷達(dá)技術(shù)（lidar）的原理

Lidar屬于集激光，是由全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）為一體的系統(tǒng)，主要用來(lái)獲取數(shù)據(jù)來(lái)源，并實(shí)現(xiàn)清晰的DEM。彼此的密切配合，能夠很清楚的指定激光速在物體上留下的擊打痕跡。還可以分為能夠獲取地面數(shù)字高程模型（DEM）的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，以上系統(tǒng)均是依靠激光展開(kāi)探測(cè)和測(cè)量。激光自身就具有高精度的測(cè)量功能，測(cè)距精確度可以實(shí)現(xiàn)不足4 cm的效果。但是Lidar系統(tǒng)的精確水平不僅僅由于單純激光作用，還需慣性測(cè)量單元（IMU）三者共同發(fā)揮作用。

Lidar系統(tǒng)含有單束窄帶激光器（1個(gè)）和接收系統(tǒng)（1個(gè)）。激光器實(shí)現(xiàn)光脈沖的產(chǎn)生并發(fā)射，迅速擊打物體表面后，發(fā)射到原處，最后將由接收器處理。光脈沖發(fā)射出之后直到發(fā)射原地時(shí)所用時(shí)間均有接收器進(jìn)行精確的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。由于光脈沖憑借光速傳播，因此，下一個(gè)光脈沖發(fā)射之前的上一次光脈沖所用時(shí)間已經(jīng)被接聽(tīng)器所測(cè)量記錄下來(lái)了。鑒于光速是已知的，傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。

2 激光雷達(dá)的發(fā)展過(guò)程

第1代激光雷達(dá)1967年由美國(guó)國(guó)際電話(huà)和電報(bào)公司研制，用于開(kāi)發(fā)航天飛行器交會(huì)對(duì)接的激光雷達(dá)，1978年NASA/MFSC研制出了用于同一目的的CO2干涉激光雷達(dá)。1976年用于研究地球科學(xué)的星載激光雷達(dá)一經(jīng)問(wèn)世就得到重視，NASA和NOAA委托美國(guó)無(wú)線(xiàn)電公司和帕新-愛(ài)而莫公司開(kāi)發(fā)用于測(cè)量全球?qū)α鲗语L(fēng)場(chǎng)的CO2相干激光雷達(dá).1988年NASA研制出激光大氣風(fēng)探測(cè)器，空間分辨率達(dá)到1000 m左右。20世紀(jì)90年代，由于全固體激光技術(shù)和二極管泵浦全固態(tài)技術(shù)的發(fā)展，較好地解決了制約星載激光雷達(dá)的壽命問(wèn)題，顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和軍事價(jià)值。

3 激光雷達(dá)技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 快速獲取數(shù)字高程模型

激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)屬于Lidar技術(shù)最具有特點(diǎn)的數(shù)據(jù)類(lèi)產(chǎn)品，其特點(diǎn)表現(xiàn)為高密度且高精度數(shù)據(jù)產(chǎn)物、能夠極快速的顯示出清晰明了的點(diǎn)位的三維坐標(biāo)構(gòu)架。經(jīng)人工交替操作或自動(dòng)運(yùn)行，將人放射到地面植物中或建筑物之類(lèi)的地形之外目標(biāo)上的點(diǎn)云統(tǒng)一分類(lèi)、濾波或清除，之后構(gòu)建二角網(wǎng)TIN，就能及時(shí)得到DEM。因?yàn)榧す恻c(diǎn)密度非常大，數(shù)目比較繁多，DEM的生成也成為了現(xiàn)實(shí)。

3.2 基礎(chǔ)測(cè)繪的實(shí)施

基礎(chǔ)測(cè)繪的產(chǎn)品不僅僅有數(shù)字高程模型，還有數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字線(xiàn)劃地圖（DLG）和數(shù)字柵格地圖（DRG）。無(wú)論是DOM還是DLG產(chǎn)品的運(yùn)行，均離不開(kāi)高精度三維信息的協(xié)助和引導(dǎo)。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量操作流程比較復(fù)雜，設(shè)備的前期準(zhǔn)備及技術(shù)規(guī)劃方案都極為嚴(yán)格，對(duì)技術(shù)工作人員的操作水平要求大大提高；對(duì)于機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)處理過(guò)的數(shù)據(jù)，得到的三維坐標(biāo)，均能夠達(dá)到高精度影像微分糾正的需要，然而DOM的生產(chǎn)變得越來(lái)越簡(jiǎn)易化，不再依靠數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中即能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

3.3 精密工程測(cè)量

據(jù)了解，大多數(shù)精密工程在測(cè)量環(huán)節(jié)中，不但離不開(kāi)三維坐標(biāo)信息的輔助，還需要施工期間建立完整的三維物體結(jié)構(gòu)架，例如：礦山及隧道路線(xiàn)的劃分和測(cè)量、水文、沉降及建筑工程等行業(yè)。以上測(cè)量中的種種問(wèn)題均可以依靠地面和記載Lidar解決。收集實(shí)踐中整理的紋理信息和構(gòu)筑物體模型統(tǒng)一進(jìn)行配置，建立合理科學(xué)的三維模型，也是在景觀調(diào)查、場(chǎng)景布局及保護(hù)物體模型的關(guān)鍵根據(jù)所在。

4 結(jié)語(yǔ)

不難發(fā)現(xiàn)，激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將呈現(xiàn)出自動(dòng)化。自能化的形式，類(lèi)似與其他工程科學(xué)技術(shù)，關(guān)于激光雷達(dá)的理論研究等知識(shí)模塊，經(jīng)過(guò)對(duì)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的處理和安排，也在慢慢走向成熟穩(wěn)定的發(fā)展軌道。對(duì)測(cè)繪及其余負(fù)責(zé)部門(mén)，激光雷達(dá)技術(shù)仍均有廣泛的挖掘潛力，之后出現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理、信息的收集整理以及類(lèi)似問(wèn)題都需要眾多科學(xué)研究人員的不懈努力而得到化解。激光雷達(dá)理論研究在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，需要大量科研工作者和生產(chǎn)技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的密切結(jié)合，來(lái)促進(jìn)激光雷達(dá)技術(shù)更好地為相關(guān)領(lǐng)域的信息化服務(wù)。Lidar技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到測(cè)繪領(lǐng)域的各個(gè)角落，成為科技工作者認(rèn)可的先進(jìn)集成測(cè)量技術(shù)，其發(fā)展前景極為樂(lè)觀，然而蘊(yùn)含著強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。目前，國(guó)際上市公司已在投入最大物力和人力展開(kāi)技術(shù)與系統(tǒng)完美結(jié)合的專(zhuān)研和策劃，并影響與諸多科技工作者的好奇心。

但是，國(guó)內(nèi)對(duì)于Lidar技術(shù)的了解和掌握熟練程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與發(fā)達(dá)國(guó)家，而我國(guó)在LIDAR技術(shù)方面的應(yīng)用研究同國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比相對(duì)落后，為使LIDAR技術(shù)今后能有效地服務(wù)于我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，開(kāi)展激光測(cè)高技術(shù)的應(yīng)用研究以及激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理的方法研究具有非常重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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