激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的運(yùn)用分析

鐘振宇

摘要：激光技術(shù)在二十世紀(jì)八十年代取到了較快的發(fā)展，并隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑工程測繪中。激光技術(shù)隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，測量精度和自動化程度有了明顯提高。激光雷達(dá)測繪技術(shù)經(jīng)過無數(shù)試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)測繪技術(shù)系統(tǒng)的全面運(yùn)行，現(xiàn)在并應(yīng)用于各個工程測量工作中。從近年來激光雷達(dá)測繪技術(shù)不斷地在建筑工程中的實(shí)踐，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在測量數(shù)據(jù)可視化、自動化程度及測量精度等方面，都要優(yōu)越于我們之前傳統(tǒng)的測量方式，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的運(yùn)用不僅提高了建筑業(yè)的工作效率還減輕了非常大的勞動強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)測繪技術(shù)工程測繪應(yīng)用

激光雷達(dá)測繪技術(shù)的英文縮寫為LIDAR，這種技術(shù)屬于高原理、高配置集成系統(tǒng)，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在當(dāng)今社會已成為數(shù)碼測繪技術(shù)最具有代表性的技術(shù)。該測繪技術(shù)可準(zhǔn)確、同步、快速的獲取三維坐標(biāo)，并利用實(shí)時拍攝出來的數(shù)碼像片，以計(jì)算機(jī)重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型實(shí)體和場景目標(biāo)的3D數(shù)據(jù)模型。這樣，能夠快速實(shí)時的重現(xiàn)事物的形態(tài)特征，有效獲取空間信息。在建筑工程實(shí)際測繪中，單獨(dú)運(yùn)用激光雷達(dá)測繪可能會存在測繪缺陷，這時可將其和其他技術(shù)結(jié)合使用。當(dāng)然，怎樣運(yùn)用激光雷達(dá)測繪還需以建筑工程實(shí)際情況判斷。工程測繪中，激光雷達(dá)測繪可應(yīng)用在許多不同的方面，例如基礎(chǔ)測繪、精密工程測量、電力傳輸與管道布圖、森林工業(yè)的應(yīng)用、快速獲取數(shù)字高程模型、數(shù)字城市建設(shè)等方面。

1激光雷達(dá)測繪技術(shù)原理

激光雷達(dá)是測量具體事物時，運(yùn)用相同光頻的波段雷達(dá)以電磁波的形式發(fā)送到需要的測點(diǎn)上。根據(jù)激光雷達(dá)測繪技術(shù)返回的方式和速度，我們可以及時判斷該位置的具體數(shù)據(jù)信息。就目前來看，激光雷達(dá)測繪最大的優(yōu)勢是，可以完成對待測物體的實(shí)時跟蹤和對動態(tài)信息的掌握，也可以完成對待測物體的體積、距離及位置的測量，激光測距機(jī)這種測繪儀器就是根據(jù)這種原理研發(fā)的。由于形式的不同，雷達(dá)在不斷的實(shí)踐中，可以進(jìn)行系統(tǒng)的分類。以不同形式的安裝雷達(dá)平臺，可分為地面雷達(dá)、航天雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)；而如果以不同的雷達(dá)發(fā)射波形，則分為連續(xù)波雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)和脈沖雷達(dá)三類。相比較其他的光波，激光雷達(dá)方向性、單色性、相干性較好，不會受大氣環(huán)境和太陽光線影響。距離測繪采用激光雷達(dá)能夠提升采集數(shù)據(jù)的抗擾能力和可靠性。這種技術(shù)也為測繪工程、數(shù)字地圖和GIS提供了空間坐標(biāo)和三維模型的準(zhǔn)確信息。

2激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的運(yùn)用

2.1基礎(chǔ)測繪應(yīng)用

基礎(chǔ)測繪指的是在具體的工程測繪過程中的最基本的目的和基本要求的實(shí)施，工程測繪過程就是精確搜集、整理測物體信息。基礎(chǔ)測繪開始階段，要基本切割和反映數(shù)字影像，并做出初步測繪地圖。一般而言，數(shù)字測量、攝影技術(shù)對測繪工程來講是非常重要以及復(fù)雜的工作，要以測繪工程特征，精確規(guī)劃設(shè)計(jì)測繪工程基本線路和程序。再進(jìn)行檢驗(yàn)后，激光雷達(dá)測繪能以數(shù)字三維坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)地面三維坐標(biāo)定位。因?yàn)闄C(jī)載激光雷達(dá)的地面三維坐標(biāo)，糾正了高精度的影像，讓數(shù)字正射的影像實(shí)現(xiàn)容易很多，很大程度的降低了成本，因?yàn)椴槐匾褂脭?shù)字?jǐn)z影測量平臺，規(guī)?；a(chǎn)在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中就可以完成。除此之外，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度可以直接的反應(yīng)植被以及地物等三維信，因此我們可以充分利用這些有效資源，不斷地提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量以及效率，完成更加精確的測量和判讀。測繪產(chǎn)品不僅有數(shù)字高程模型，還有數(shù)字線劃地圖DLG、“4D”產(chǎn)品、數(shù)字柵格地圖（DRG）和數(shù)字正射影像（DOM）。當(dāng)然，DLG、DOM產(chǎn)品若要快速運(yùn)行，不能缺少高精度的三維信息引導(dǎo)和協(xié)助。

2.2測量精密工程

許多緊密工程測量，關(guān)系到采集測量目標(biāo)。在這個過程中，要求有高精度的三維坐標(biāo)。若是在施工時則要構(gòu)建更為完整、精確的三維物體構(gòu)架。如：文物考古、變形測量、建筑測量、沉降測量、水文測量、隧道測量、沉降測量、礦山及測量劃分隧道線路和建筑工程。而在這一系列的測量過程中，許多實(shí)際性的問題都可以通過地面激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)得到最佳的解決。先統(tǒng)一配置在實(shí)踐過程中收集整理的構(gòu)筑物體模型、紋理信息，構(gòu)建科學(xué)化的三維模型。而這也是在物體模型保護(hù)、景觀調(diào)查和場景布局中的關(guān)鍵依據(jù)。比如激光雷達(dá)測繪，為鐵路設(shè)計(jì)和公路設(shè)計(jì)提供了精確的地面高程模型，讓線路設(shè)計(jì)和施工方法取得了準(zhǔn)確計(jì)算。而在電力線路設(shè)計(jì)時，以激光雷達(dá)技術(shù)的數(shù)據(jù)和成果，可以對所有公共區(qū)域內(nèi)的地物、地形因素有所了解。還可以利用激光雷達(dá)技術(shù)在密集的樹林內(nèi)，估算出要砍伐樹木的木材量和面積，除此之外，在進(jìn)行電路線維護(hù)或搶修時，依據(jù)相應(yīng)地面裸露點(diǎn)的高程，以及電力線路上的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以此可以計(jì)算出任意位置線路與地面的距離和高度，這樣就為維護(hù)與搶修提供了方便有效的方法。

2.3迅速獲取數(shù)字高程模型

在激光雷達(dá)測繪中，特征最為明顯的數(shù)據(jù)產(chǎn)品是激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，它具有高密度和高精度的特征。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)能快速及時的顯示出清晰準(zhǔn)確的點(diǎn)位，再加上人工交替處理和自動運(yùn)行的方式，將人放射進(jìn)植物、房屋、建筑物等中等的非地形目標(biāo)上，統(tǒng)一濾波、分類和清除掉目標(biāo)上的點(diǎn)云，隨后便能構(gòu)建出不規(guī)則式二角網(wǎng)TIN，并及時獲取DEM。由于激光點(diǎn)很大，較為繁多，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)高精度、高分辨率的DEM。故此，激光雷達(dá)測繪可以快速采集DEM數(shù)據(jù)，效率也很高。該產(chǎn)品精確度完全可以實(shí)現(xiàn)多行業(yè)高程需要。

2.4數(shù)字城市建設(shè)的規(guī)劃

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自21世紀(jì)以來，我國多個地區(qū)積極構(gòu)建數(shù)字城市建設(shè)，并把該項(xiàng)目作為信息化目標(biāo)。數(shù)字城市基本平臺、框架中的空間信息，屬于城市建設(shè)規(guī)劃中的重要內(nèi)容。現(xiàn)階段，通過運(yùn)用激光雷達(dá)測繪，能夠讓數(shù)字正射影像、數(shù)字地面模型取得高分辨率、高精度的獲取，為我們的數(shù)字城市建設(shè)規(guī)劃和快速發(fā)展提供最重要的信息資源，這也是數(shù)字城市建設(shè)規(guī)劃中的最大技術(shù)支持。

2.5森林工業(yè)中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用

事實(shí)上，機(jī)載激光雷達(dá)最早應(yīng)用在森林工業(yè)中，由于國土資源管理與森林業(yè)需要有森林地形和樹木樹冠下端的精確數(shù)據(jù)，以往的傳統(tǒng)技術(shù)很難獲取樹密度和樹高的精確信息。因?yàn)闄C(jī)載激光雷達(dá)和衛(wèi)星的成像有區(qū)別，當(dāng)我們使用激光雷達(dá)測繪技術(shù)不僅可以勘測樹冠下的地形，同時也可以獲得樹高度的準(zhǔn)確信息。在后期數(shù)據(jù)處理過程中，可以將激光返回值劃分為兩大部分，即地面返回值和植被返回值。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出生態(tài)環(huán)境、樹冠覆蓋、材質(zhì)以及樹高等更多林業(yè)相關(guān)信息，這些都是之前傳統(tǒng)的地面測量和攝影測量不可以做到的。

3結(jié)語

激光雷達(dá)測繪技術(shù)在不斷地發(fā)展中，會類似其他的工程、科學(xué)技術(shù)，逐漸向自動化、智能化的方向發(fā)展。關(guān)于激光雷達(dá)測繪技術(shù)知識模塊理論探討研究，也經(jīng)過長期的對生產(chǎn)實(shí)踐問題的處理，也在慢慢的穩(wěn)定的、成熟的發(fā)展。但是我國的激光雷達(dá)測繪技術(shù)相對于發(fā)達(dá)國家了解和掌握熟練程度還是有一定的距離，而且在激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用研究方面也是同國際發(fā)達(dá)國家相對比較落后的。所以我國的激光雷達(dá)測繪依舊有很廣泛的發(fā)展前景和挖掘潛力。激光雷達(dá)測繪的后期工作中，會出現(xiàn)許多信息收集整理、處理數(shù)據(jù)和一系列的類似問題。而這些問題都要由我國科技人員不懈的實(shí)踐和努力才能更好的處理。將激光雷達(dá)測繪應(yīng)用在工程測繪領(lǐng)域，在今后能為我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供高效率的服務(wù)，為日后的處理激光測高數(shù)據(jù)方法研究與激光測高技術(shù)應(yīng)用研究提供了重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李冠成.激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用[J].廣東科技，2008，12：187-188..

[2]楊紅博.探討激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013，10：138.

[3]李長忠.激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用探討[J].黑龍江科技信息，2012，32：106