LIDAR測繪技術在工程測繪中的應用分析

亢玉龍

摘要：伴隨著我國經濟的蓬勃發(fā)展和城市化進程腳步的穩(wěn)健加快，越來越多的高樓大廈、橋梁水壩拔地而起，建筑行業(yè)的發(fā)展一直是國家重視和支持的對象。近年來，LIDAR測繪技術作為一種迅速興起的新型雷達測繪技術，相比于傳統(tǒng)的測繪技術能夠較好地滿足現(xiàn)代社會日益復雜和大型的建筑工程要求，有效排除各種干擾因素和施工技術難點突破，嚴格把關質量，提高施工效率和效果，避免后期返工問題的出現(xiàn)，節(jié)約經濟成本。本文就從LIDAR測繪技術的概念和發(fā)展入手，對其在工程測繪領域中的典型應用進行深入的分析和評價，有助于未來測繪技術的改進和完善，更能再工程建設的實際施工中趨利避害地發(fā)揮優(yōu)勢，以推動工程測繪領域和建筑行業(yè)的整體升級。

關鍵詞LIDAR測繪技術；工程設計；測繪應用；分析研究

1LIDAR測繪技術概念及原理簡介

LIDAR測繪技術的全稱是光探測和測量技術，由我們熟悉的全球定位系統(tǒng)GPS和慣性測量系統(tǒng)INS兩個主要部分構成，相應地分為機載雷達測繪和地面雷達測繪兩大類，前者可以實現(xiàn)在飛機上安裝雷達測距設備于高空實行對地面的準確勘測，輔助傳感器有效避開地面阻擋物的遮擋，再將雷達檢測的照片和傳送回計算機的數據經過高端技術的解讀掃描成像，建立起建筑立體的三維大型模型，客觀呈現(xiàn)出建筑目標主體和周圍地址環(huán)境所包含的有效信息，全面地讓技術人員獲知，掃除盲點和設計誤區(qū)，在工程測繪上性能鮮明，優(yōu)勢明顯。盡管該技術在21世紀處就被研究出來和在世界其他發(fā)達國家得到了預先的試驗和應用，但引進我國的時間還比較短，尚處在探索和發(fā)展的初級階段。

LIDAR測繪技術的工作原理主要依靠的是物理和數學理論知識，即激光波束的傳播和反射。由于光速是普遍已知的，雷達傳感器發(fā)出的激光在空氣中直線傳播并在觸碰到目標物反射后再被源頭設備接收，這段發(fā)生過程的時間間隔與光速的乘積的一半經過計算機的精確計算即能直接得出兩者之間的距離，多次發(fā)射和反射后取計算的平均值更能增加數據的有效價值。根據數據計算機便能建立一定比例的地面建筑物3D模型。

2LIDAR測繪技術在工程測繪中的應用

2.1工程地基基礎測繪

對工程地基的基礎測繪是LIDAR技術最典型和普遍的一項應用。眾所周知，一項大型的建筑工程的施工必須建立在對施工現(xiàn)場地形和地質環(huán)境的全面測繪通過的前提下，否則容易造成后期的返工等質量問題甚至出現(xiàn)嚴重的施工事故。工程測繪起到了對建筑目標物體的測量獲取信息并進行整合和處理的分析作業(yè)。應用LIDAR技術可以精準地獲取地面空間的三維坐標，彌補了以往傳統(tǒng)測繪技術對數字高程模型信息的高難度獲取缺陷，大大加快了工程進度，保證了施工質量，還能通過計算機編程提前的預設提高LIDAR測繪技術的應用效率，擴大勘探范圍，減輕人員的工作壓力。

2.2測量精密工程

建筑工程有不同規(guī)模的大小與復雜程度之分，對于現(xiàn)今的電力水文、變形控制等精密的工程，其前期的數據測量和三維立體建模都是非常復雜精細的，有著非常高的技術要求，而這也是LIDAR技術體現(xiàn)科學優(yōu)勢的一大方面。激光探測設備可以直接放置在地面或是固定在行動的汽車上，利用數碼相片的攝取和收集確定目標建筑物的基礎紋路和周邊公共區(qū)域的地形地貌，計算機編程構建出相應的立體模型將工程信息直觀展現(xiàn)，有效地實現(xiàn)了精密工程的測量。除此之外，在對城市電力線路的建造和規(guī)劃中，也可以運用LIDAR測繪技術于埋設的縱橫交錯的復雜線路中計算目標地下線路和地表的直線距離，或者地上電纜與地面的垂直距離，避開樹木或者房屋等不可移動物體的影響，為日后的保養(yǎng)與修理提供方便，實現(xiàn)精準測量與施工制定。

2.3水底地理測繪

由于激光不止能在空氣中傳播，還可以在水等液體介質中傳播，如此一來LIDAR測繪技術的應用范圍便延伸到了水下區(qū)域。我們可以采用不同波長的紅藍激光波對不同深度和面積的水域進行地形地質的勘繪，掌握海水以下未知區(qū)域的有利數據，顯示目標與海面的距離深度。在海洋航行工作和水力水文的建造以及海底管道鋪設等海洋作業(yè)方面都有著非?？捎^的應用價值。

2.4構建數字城市和數字礦山

隨著計算機網絡的發(fā)展和測繪、遙感等技術的提高，城市的構建也趨于數字化和智能化。LIDAR技術便能夠結合地面的雷達檢測獲取高精度的數字影像，構建出與現(xiàn)實城市相對應的虛擬立體城市模型，全方位觀察和顯示城市空間信息和資源數量，即為存在在計算機內的數字城市，方便對城市大規(guī)?；A設施建設和市政規(guī)劃的更新調整進行正確的決策。

而數字礦山的想法和應用則是與時俱進的另一大技術突破，隨著工業(yè)化的發(fā)展需要我國工業(yè)企業(yè)對礦山資源進行了貪婪地大規(guī)模開采，導致了資源匱乏等諸多自然問題的出現(xiàn)。為了建設可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型社會，LIDAR測繪技術可以將整座礦山的巖石情況和周圍地形立體建模出來供礦山開采人員對內部資源的位置和存量進行預判和評估，節(jié)約作業(yè)成本，把握開采程度。

2.5森林產業(yè)管理

舊時運用傳統(tǒng)的測繪技術在森林規(guī)劃和管理工作中需要對森林中樹木的數量、生長高度、種植密度和間隔距離等數據進行全方面的采集和測量，耗費大量的人力物力財力，工作內容繁瑣而冗長。而現(xiàn)在LIDAR測繪技術的應用不僅使得上述的數據測量變得更為便捷和精準，更能深入一層，對森林植被和樹木下的地形地貌進行機載激光雷達勘探，并建模將整個森林的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境清晰展現(xiàn)。

結束語：綜上所述，工程測繪作為檢驗一個建筑項目施工質量之不可或缺的重要手段，其以LIDAR測繪技術為代表的應用和革新使得建筑信息數據變得更為精準和科學可靠，正推動著建筑工程發(fā)展逐步走向成熟。