激光雷達技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

朱毅斌

福建省水產(chǎn)設(shè)計院，福建 福州 350003

在這個科技發(fā)達的時代，傳統(tǒng)的工程測繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足工程測繪的要求了，隨著信息化時代的發(fā)展，高科技手段被廣泛應(yīng)用到工程測繪中。激光雷達測繪技術(shù)就是這樣一種科技含量極高的測繪技術(shù)，激光雷達測繪技術(shù)具有高精準(zhǔn)、全方位、多維度、快速獲取信息的特征，受到工程測繪人員得喜愛和推崇，現(xiàn)今工程建設(shè)對工程技術(shù)的要求越來越高，在這種時代背景下，促進了激光雷達測繪技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

1 激光雷達測繪技術(shù)的定義

激光雷達測繪技術(shù)是一種集成系統(tǒng)，是當(dāng)代將激光、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)集于一身典型的數(shù)碼測繪技術(shù)。激光雷達技術(shù)是通過衛(wèi)星系統(tǒng)對測繪事物進行定位，通過激光系統(tǒng)向被測量的目標(biāo)發(fā)射信號，在把反射回來的大量信號通過大型計算機與原信號進行快速對比、處理和儲存，分析出測量目標(biāo)的高度、具體位置、運動形態(tài)等相關(guān)信息，并繪制出測量目標(biāo)的3D 坐標(biāo)并獲得真實性較高的數(shù)碼圖像。這些信息通過計算機進行處理后，就會呈現(xiàn)出測繪目標(biāo)的三維立體的數(shù)據(jù)模型和目標(biāo)的真實形態(tài)。激光雷達技術(shù)可以快速、簡單、準(zhǔn)確的對測量目標(biāo)進行定位并獲得3D 信息，這種新型的高科技技術(shù)和工程測繪的結(jié)合，是對傳統(tǒng)工程測繪模式的一次顛覆，這種先進的測繪技術(shù)通過利用計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)等對測量目標(biāo)構(gòu)造出數(shù)字模型，實現(xiàn)了對測量目標(biāo)高效、精準(zhǔn)的測繪目的［1］。

2 激光雷達測繪技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 測繪結(jié)果的精準(zhǔn)性

激光雷達測繪技術(shù)在對測量目標(biāo)的測量范圍和準(zhǔn)確性跟傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比都有很大程度的提升，尤其是測繪的準(zhǔn)確性方面更是取得了質(zhì)變的飛躍。每一副測繪地圖的形成都不是簡單一次測繪的結(jié)果，而是通過多次勘探測量、反復(fù)論證推演而繪制出來的結(jié)果。利用激光雷達測繪技術(shù)收集了基本數(shù)據(jù)的后初步形成測繪地圖的雛形，結(jié)合數(shù)字圖像的分析形成基礎(chǔ)測繪地圖，因此激光雷達測繪技術(shù)從精準(zhǔn)性上是可以彌補傳統(tǒng)測繪技術(shù)的一些不足之處的。測量結(jié)果準(zhǔn)確度給工程建設(shè)提供了良好的保障依據(jù)［2］。

2.2 測量信息的全面性

激光雷達測繪技術(shù)應(yīng)用電磁波信號對測量目標(biāo)進行測繪，由于電磁波信號具有很強的穿透力，通過激光發(fā)射機向被測量事物發(fā)射信號脈沖，再通過收集反射信號可以對測量目標(biāo)的位置、空間、質(zhì)量、體積、形態(tài)、運動路徑等要素進行全方位的測量和分析。激光雷達測繪技術(shù)依據(jù)被測物體的基本參數(shù)再結(jié)合距離、運動形態(tài)、周圍環(huán)境等因素，構(gòu)建一個相對真實的三維物理模型。再結(jié)合數(shù)字化技術(shù)和現(xiàn)代先進的數(shù)碼技術(shù)形成一個更為直觀的虛擬數(shù)碼成像。激光雷達測繪技術(shù)的全面性、多方位、多角度的測繪技術(shù)大大豐富了工程建筑需要的信息，為工程建設(shè)的施工提供了更加全面的參考信息和模型。

2.3 測量信息的時效性

這個優(yōu)勢對于不斷變化的測量目標(biāo)更為明顯，激光雷達測繪技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域比較寬廣。有一些在測繪的過程中目標(biāo)可能在自然環(huán)境隨時間的推移是不斷變化的，而激光雷達測繪技術(shù)是通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)對測量目標(biāo)進行時時定位，可以有效的鎖定目標(biāo)。不管測量物體的周圍環(huán)境還是本身的一些質(zhì)量、體積參數(shù)的發(fā)生變化都會通過發(fā)生改變之后的信號反射回來，計算機會快速的對改變之后的信號進行收集、處理、存儲和分析，再次構(gòu)建全新的3D 物理模型。比傳統(tǒng)測繪技術(shù)在信息變化方面靈敏度更高，提高信息時效性大大降低了環(huán)境變化給測繪結(jié)果帶來的影響。

3 工程測繪中激光雷達技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于大型精密測繪

我們通常所見的建筑工程測量、沉降測量和變形測量都屬于精密測繪工程。這些工程都對測量目標(biāo)信息構(gòu)建成的三維立體模型有較高的要求，需要精準(zhǔn)的測繪數(shù)據(jù)做為支撐，而激光雷達測繪技術(shù)不但能夠快速準(zhǔn)確的建立被測目標(biāo)的三維立體模型而且可以利用數(shù)字圖像分析被測目標(biāo)的紋理信息，在通過云數(shù)據(jù)將紋理信息與模型進行整合構(gòu)建更精準(zhǔn)的三維立體模型，能夠有效滿足大型精密測繪工程的需求。通過激光雷達測繪技術(shù)為精密工程建設(shè)的規(guī)劃、管理提供有效的信息支持，從而使精密工程能夠順利施工［3］。

3.2 應(yīng)用于礦山和森林工業(yè)測繪

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們生活水平的提高，人類對礦山等能量資源的需求也越來越大，但是礦山等能源開采給我們賴以生存的自然環(huán)境帶來了一定程度的破壞，礦產(chǎn)資源短缺，環(huán)保都是我們當(dāng)今重點關(guān)注的問題，而通過使用激光雷達測繪技術(shù)可以有效的解決上述問題，此項技術(shù)可以對礦山區(qū)域進行全面的地面及地下信息的采集，并有效構(gòu)建三維模型和數(shù)字模型，可以為礦山開采工程提供可靠的、有效的信息和模型，并對礦山經(jīng)濟狀況以及生態(tài)環(huán)境進行科學(xué)、真實的繪制。森林覆蓋面較廣、種類繁多對測繪工作造成一定程度的影響，激光雷達測繪技術(shù)在勘測森林資源信息上起到很大的作用，通過實踐證明，激光雷達測繪技術(shù)在構(gòu)建數(shù)字礦山和獲取森林資源信息方面都提供了非常大的支持，對此類工程建設(shè)都提供了有效的數(shù)據(jù)信息。

3.3 用于管道和電力系統(tǒng)建設(shè)

激光雷達系統(tǒng)在無人機上對城市的管道和電力系統(tǒng)進行檢測布控，現(xiàn)將無數(shù)的激光脈沖因無人機體積較小可以沿著管道傳輸和電線傳輸?shù)幕乩葍?nèi)飛行，這種方式不但成本低而且還能夠及時調(diào)整飛機的飛行速度和高度，通過激光雷達系統(tǒng)和數(shù)碼攝像機連同一些傳感器一起進行聯(lián)合作用會獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，為管道傳輸管道和電力線路管道的布控繪制出有效、精準(zhǔn)的線路圖。例如：機載激光雷達技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用，首先對激光雷達采集到的激光點云數(shù)據(jù)和數(shù)碼影像進行全面的轉(zhuǎn)化，生成數(shù)字正射影像圖和數(shù)字高程模型，將上述模型和影像圖進行疊加構(gòu)建一個三維立體場景的電力線路走廊。讓電路設(shè)計師在這個三維場景中構(gòu)建最優(yōu)的電路線路，在平斷面測圖方面運用機載激光雷達技術(shù)進行高程測量，對線路周邊得高建筑物、高植被、危險點等進行信息采集。為了保證后期電力線路的正常安全使用，可以利用機載激光雷達航拍測量技術(shù)定期對線路開展電力巡線工作，查看植被上、房屋下的安全隱患，通過構(gòu)建的三維模型測量線路間的距離和地物與電力間的距離，可有有效的排除電力線路的安全隱患，從而保證線路的正常運作。

4 結(jié)束語

激光雷達測繪技術(shù)是當(dāng)代科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，是數(shù)字化、信息化、互聯(lián)網(wǎng)相互結(jié)合、彼此作用的高性能集成系統(tǒng)，經(jīng)過本文闡述可知此項技術(shù)優(yōu)點很多，應(yīng)用廣泛，隨著專業(yè)人員的深入研究，激光雷達測繪技術(shù)逐漸成熟，也會被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，而在工程測繪中的應(yīng)用給測繪的效率和質(zhì)量的提高都帶來了質(zhì)的飛躍，也在一定程度上促進了我國工程測繪工作的快速發(fā)展。