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

摘要：隨著國(guó)家科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展變化，數(shù)碼技術(shù)隨之得到廣泛的應(yīng)用，目前，一種數(shù)碼測(cè)繪技術(shù)正在被廣泛的運(yùn)用，即激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)。利用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)中的GPS系統(tǒng)就可以準(zhǔn)確、便捷地獲得工作人員所需要的空間位置信息，最終利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)相關(guān)位置信息進(jìn)行處理。該技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得我國(guó)的建筑工程在工程測(cè)繪上有了很大的發(fā)展前景，使工程測(cè)繪的過程更加簡(jiǎn)便快捷，并提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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

1激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的工作原理

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的系統(tǒng)主要是由INS與GPS一起組成的，可以用來得到數(shù)據(jù)的來源位置信息，并獲取比較清晰的DEM，各項(xiàng)技術(shù)的相互配合可以有效分析出激光在物體上所留痕跡的所有信息?，F(xiàn)階段，科研人員已經(jīng)成功地將地面上可以實(shí)現(xiàn)的各種效果應(yīng)用到了水下工作中，水下探測(cè)任務(wù)的完成也需要應(yīng)用到激光技術(shù)。相對(duì)來說，激光技術(shù)的測(cè)量功能的精度還是比較高的，其精度效果可以達(dá)到4cm以下。然而在實(shí)際的工程測(cè)繪中使用的雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)除了會(huì)用到激光技術(shù)以外，往往還會(huì)用到慣性測(cè)量單位作為輔助來一起完成測(cè)繪任務(wù)。在激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)中有一個(gè)接收系統(tǒng)以及一個(gè)單數(shù)窄帶激光器。激光器可以產(chǎn)生和發(fā)射脈沖，并對(duì)物體表面進(jìn)行快速的擊打，然后將其發(fā)射回原來的位置，利用接收器來將收到的脈沖信息進(jìn)行處理。接收器的對(duì)光脈沖的統(tǒng)計(jì)相對(duì)來說是比較準(zhǔn)確的，可以在下一個(gè)光脈沖發(fā)射出來之前就將上一次脈沖的時(shí)間完整地記錄下來。

2工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

2.1基礎(chǔ)測(cè)繪

基礎(chǔ)測(cè)繪一般是通過測(cè)繪收集了解被測(cè)對(duì)象的基本信息，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪工作的基本目標(biāo)和任務(wù)。在基礎(chǔ)測(cè)繪中，先要反映、切割被測(cè)對(duì)象的數(shù)字影像，再以此為基礎(chǔ)形成初步的測(cè)繪地圖。在這一過程中，數(shù)字?jǐn)z影、測(cè)量是非常重要的一項(xiàng)工作，而且這些工作復(fù)雜、繁瑣。為了保證測(cè)繪精度，要根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格規(guī)劃設(shè)計(jì)測(cè)繪線路、程序，利用三維坐標(biāo)方式進(jìn)行精準(zhǔn)的地面三維坐標(biāo)定位。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以精準(zhǔn)的提供地面三維坐標(biāo)，很好的滿足了高精度影像微分糾正要求，不需要通過數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量就可以獲得數(shù)字正射影像，既簡(jiǎn)化了測(cè)繪工作環(huán)節(jié)，也降低了工作成本。此外，激光雷達(dá)測(cè)繪采用高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以直接反映地物、植物等物體的三維信息，而這些都是基礎(chǔ)測(cè)繪的必需信息，可為基礎(chǔ)測(cè)繪提供可靠的判讀信息。

2.2精密工程的測(cè)量

在目前的測(cè)繪工程項(xiàng)目中，很多的精密工程測(cè)量都是一個(gè)復(fù)雜、系統(tǒng)的工作模式，它設(shè)計(jì)到多方面的內(nèi)容，如測(cè)量目標(biāo)、三維立體坐標(biāo)、三維物體模型等，因此整個(gè)測(cè)量工作的開展也是極為復(fù)雜和繁瑣的，包含了多種不同的工作流程，如水文地質(zhì)測(cè)量、沉降觀測(cè)、電力選線、變形控制等。地面激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)就是解決這類問題的有效方法。利用數(shù)碼相片獲得紋理信息，并與構(gòu)筑物模型實(shí)現(xiàn)疊加，以構(gòu)建三維模型，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)景觀的規(guī)劃分析、物體保護(hù)、形變測(cè)量、規(guī)劃決策等。例如激光雷達(dá)技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)、公路設(shè)計(jì)中提供的高精度地面高程模型，可便于線路的設(shè)計(jì)與施工方法精確計(jì)算。在電力線路設(shè)計(jì)過程中，利用激光雷達(dá)技術(shù)的成果數(shù)據(jù)可以對(duì)整個(gè)線路有所了解，包括公共區(qū)域內(nèi)的地物、地形等要素；在電路線維護(hù)或搶修時(shí)，根據(jù)電力線路中的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)地面裸露點(diǎn)的高程，計(jì)算出任意位置線路距離地面的高度，方便維護(hù)與搶修；另外，在樹木的密集區(qū)內(nèi)，也可利用激光雷達(dá)估算出需要砍伐樹木的面積與木材量。

2.3森林工業(yè)的應(yīng)用

機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)最早應(yīng)用的商業(yè)領(lǐng)域即森林工業(yè)，由于森林業(yè)發(fā)展與國(guó)土管理都需要森林及其樹冠下端地形的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)技術(shù)中很難獲得樹高及樹的密度的精確信息。機(jī)載激光雷達(dá)與衛(wèi)星成像不同，當(dāng)利用這種技術(shù)勘測(cè)樹冠下的地形時(shí)，還可同時(shí)獲得樹的高度。在對(duì)數(shù)據(jù)的后處理中，獨(dú)立的激光返回值可分為地面返回值與植被返回值兩部分，并以此計(jì)算出更多林業(yè)相關(guān)信息，如樹高、材質(zhì)、樹冠覆蓋以及生態(tài)環(huán)境等，這些都是傳統(tǒng)攝影測(cè)量或者地面測(cè)量無法獲得的信息內(nèi)容。

2.4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。

2.5電力傳輸與管道布圖

在直升機(jī)平臺(tái)上工作的激光雷達(dá)系統(tǒng)，最適用于測(cè)量傳輸線路。由于直升機(jī)可以沿著電力線或者管道傳輸?shù)淖呃蕊w行，比固定翼飛機(jī)節(jié)約成本，并且直升機(jī)可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整高度和速度，以獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。如果在激光雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)中同時(shí)使用錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)及其他傳感設(shè)備，既可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)測(cè)量，也可同步進(jìn)行線路檢查及制圖工作。

2.6城市規(guī)劃上的應(yīng)用

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市化的進(jìn)步，城市中許多地方都需要進(jìn)行城市規(guī)劃。進(jìn)入2l世紀(jì)的我國(guó)，科技上發(fā)展了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化工業(yè)，同時(shí)，在城市進(jìn)行重新規(guī)劃時(shí)，更需要數(shù)字化工業(yè)。激光雷達(dá)技術(shù)可以將城市規(guī)劃中的數(shù)字化建設(shè)得到全新的技術(shù)提升以及改進(jìn)。

3結(jié)束語

綜上所述，相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具有高效率、高精確度以及應(yīng)用范圍廣等多方面的優(yōu)勢(shì)。將其應(yīng)用到實(shí)際的工程測(cè)繪工作中可以有效提高測(cè)繪效率以及測(cè)繪質(zhì)量，從而獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而在一定程度上促進(jìn)我國(guó)工程測(cè)繪工作的進(jìn)一步發(fā)展。經(jīng)過本文的分析可以看出，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣泛，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)也會(huì)逐漸完善與成熟，在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

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（作者單位：寧波經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)誠(chéng)慎測(cè)繪有限公司）

作者簡(jiǎn)介：陳喜明，1974年02月，男，漢族，浙江寧波，中級(jí)工程師，研究方向：測(cè)繪。