工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

劉東亞

摘 要：在我國(guó)科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，數(shù)碼技術(shù)作為一種先進(jìn)的技術(shù)在工程測(cè)繪工作中得到了廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，促使工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性大大提高。

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

1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)概述

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，又稱為L(zhǎng)IDAR，運(yùn)用電磁波將信號(hào)發(fā)送給被測(cè)位置，通過(guò)將以往發(fā)送的信號(hào)和接收的信號(hào)作對(duì)比的過(guò)程，將被測(cè)對(duì)象的高度、寬度、距離以及物體處于靜止或者運(yùn)動(dòng)的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，進(jìn)而達(dá)到勘測(cè)和跟蹤被測(cè)對(duì)象的目的。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以在同一時(shí)間獲得三維的空間坐標(biāo)，使其能夠達(dá)到同步進(jìn)行的效果，利用RealWorks、Pointools、3dsMax等點(diǎn)云處理、建模軟件實(shí)現(xiàn)一套完善的數(shù)字模型。該先進(jìn)的數(shù)字模型，可以獲得傳統(tǒng)測(cè)量方式不能測(cè)量的精準(zhǔn)度高的三維空間數(shù)字信息，具有正確、速度快以及應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，能夠全天候監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害，比如：地震、旱澇等等，為賑災(zāi)防災(zāi)做出及時(shí)的預(yù)警，還可以在工程建設(shè)中應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)智能化管理交通安全系統(tǒng)，合理規(guī)劃城市整體布局以及進(jìn)一步推進(jìn)環(huán)保建設(shè)。

激光雷達(dá)測(cè)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(chǔ)、處理等工作。在工程測(cè)繪工作操作中，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)先獲得測(cè)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(cè)繪目標(biāo)耳朵數(shù)字?jǐn)z像片，得到測(cè)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(cè)繪技術(shù)通過(guò)電磁波發(fā)射探測(cè)信號(hào)，當(dāng)探測(cè)信號(hào)到達(dá)測(cè)繪目標(biāo)所在地后，快速返回測(cè)繪目標(biāo)信號(hào)，然后對(duì)發(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，借此了解測(cè)繪目標(biāo)信息，如高度、距離等。而且，激光雷達(dá)測(cè)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(cè)繪目標(biāo)的靜態(tài)信息，還可以跟蹤、探測(cè)測(cè)繪目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，形成的工程測(cè)繪結(jié)果十分完整。

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

2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的基本原理

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)是通過(guò)光波完成各項(xiàng)測(cè)繪工作，發(fā)射光波距離較長(zhǎng)，相對(duì)于常規(guī)容易受影響的光波而言，收集工作具有更強(qiáng)的安全性。當(dāng)被測(cè)對(duì)象的表面接收到光波時(shí)，有些反射光能夠發(fā)射到雷達(dá)接收器上，雷達(dá)接收系統(tǒng)可以結(jié)合反射光的有關(guān)數(shù)據(jù)，將從光波到被測(cè)對(duì)象的實(shí)際距離計(jì)算出來(lái)。并且全球定位系統(tǒng)在激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)中是至關(guān)重要的，其可以及時(shí)接收到激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)所獲取的所有位置信息，而且可以準(zhǔn)確定位被測(cè)對(duì)象的實(shí)際坐標(biāo)，具有一定的精準(zhǔn)性，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)或者超過(guò)兩個(gè)的距離，可以結(jié)合被測(cè)對(duì)象的實(shí)際移動(dòng)軌跡，進(jìn)而獲得被測(cè)對(duì)象的移動(dòng)速度。

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

3.1 基礎(chǔ)測(cè)繪

基礎(chǔ)測(cè)繪作為測(cè)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(cè)繪對(duì)象的基本信息。在基礎(chǔ)測(cè)繪階段，需要完成測(cè)制地圖的工作，收集所反映出的數(shù)字影像并對(duì)其進(jìn)行分區(qū)域的分析。在測(cè)繪工程中，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)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(cè)量程序，精確安排基本的測(cè)量路線。在實(shí)際應(yīng)用中，激光雷達(dá)技術(shù)通過(guò)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(gè)測(cè)繪工作更加精準(zhǔn)高效。測(cè)繪時(shí)通過(guò)機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)能夠準(zhǔn)確得出測(cè)繪對(duì)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(guò)激光測(cè)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(cè)繪的精確性和準(zhǔn)確性，從而使所測(cè)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。

3.2 精密工程的測(cè)量

精密工程的測(cè)量工作離不開(kāi)工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的支撐。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以將測(cè)量目標(biāo)收集起來(lái)，然后對(duì)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(lái)完成精密工程的測(cè)量工作。精密工程中包含了許多種類的工作，比較常見(jiàn)的有沉降測(cè)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(lái)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(lái)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(lái)方便后期施工中的精密作業(yè)。[2]

3.3 礦山測(cè)繪

當(dāng)前，在生態(tài)文明社會(huì)構(gòu)建的大背景下，中國(guó)礦業(yè)城市乃至整個(gè)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(wèn)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(lái)推動(dòng)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

進(jìn)行數(shù)字礦山構(gòu)建時(shí)，利用激光雷達(dá)測(cè)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(shí)，提取礦山建筑物的頂面信息，建構(gòu)建筑物的三維模型。對(duì)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(píng)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(yíng)管理和生態(tài)環(huán)保工作。

3.4 林業(yè)工程測(cè)繪

通過(guò)收集這些數(shù)據(jù)，就可對(duì)測(cè)繪地是否適合展開(kāi)林業(yè)工程做出判斷，防止因隱患問(wèn)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(cè)繪上的優(yōu)勢(shì)，目前，其已被廣泛使用，通過(guò)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(shí)，通過(guò)激光雷達(dá)技術(shù)，也可較好地判斷出哪些區(qū)域的樹(shù)木砍伐之后不會(huì)影響到周圍動(dòng)植物的生長(zhǎng)，這也幫助維持了生態(tài)平衡。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，激光雷達(dá)具有特殊性，能夠更加迅速的獲取高精度、全要素、高密度的空間信息，所以在應(yīng)用上具有較強(qiáng)的先進(jìn)性。隨著工程技術(shù)的進(jìn)步和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求的提高，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)勢(shì)必可以成為獲取三維空間信息的主要方法。隨著激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，地面激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)等的應(yīng)用會(huì)更加普及和廣泛，成本會(huì)逐漸降低，操作會(huì)更簡(jiǎn)便，能夠在一定程度上推動(dòng)工程測(cè)繪行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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