工程測繪中激光雷達測繪技術的應用

雒金泉 繆愛平

【摘要】近年來。激光雷達測繪技術憑借著操作方式便捷、三維數(shù)據(jù)采集高效以及測繪精度高等優(yōu)勢，逐漸被推廣應用于工程測繪中。本文首先對激光雷達測繪技術原理進行介紹，其次對激光雷達測繪技術的常見類型以及應用方式進行分析，并以某工程為研究對象，重點探究激光雷達測繪技術的具體應用過程。

【關鍵詞】工程測繪;激光雷達;原理

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.108

1、引言

工程測繪中激光雷達主要采用光頻波段雷達，其與微波雷達高度相似。在測繪過程中，光頻波段雷達可發(fā)射探測信號，而探測信號能夠達到測繪目標區(qū)域，在接收到同波信號后，可將其與發(fā)射信號比對分析，即可確定目標所在位置以及空間坐標，對目標進行識別跟蹤，可適用于多種目標探測中。

2、激光雷達測繪技術的基本原理

在激光雷達測繪技術的實際應用中，可利用光波進行工程測繪，光波發(fā)射距離比較長，并且在測量信息收集方面安全性強。當光波達到被測目標后，目標表面能夠吸收光波，同時，部分光波可反射，由雷達接收器接收，雷達接收系統(tǒng)可根據(jù)反射光信息，對光波發(fā)射位置與測量目標之間的距離進行計算分析。此技術的實際應用中，全球定位系統(tǒng)也發(fā)揮著十分重要的作用，通過利用全球定位系統(tǒng)，即可確定激光雷達測繪系統(tǒng)測繪過程中所確定的目標位置，同時還可對被測對象實際坐標進行準確計算，測量結(jié)果精度高。另外，還可對兩個或多個目標距離進行測量，同時還能夠?qū)Ρ粶y目標的移動軌跡進行探測，對目標對象的移動過程和速度進行準確計算。

3、激光雷達測繪技術類型

3.1激光發(fā)射機技術

隨著測繪技術的不斷發(fā)展，激光雷達技術的應用范圍逐漸擴大，在實際應用中，可結(jié)合具體要求選擇適宜的激光器。其中，氣體激光器中所包含的工作物質(zhì)以及激勵方式具有多樣化特征，可將其作為發(fā)射機。在光源選擇方面，必須綜合考慮激光雷達的使用性能、運行參數(shù)、輸出功率合理，據(jù)此優(yōu)化系統(tǒng)。另外，在各類激光器中，如果選用半導體泵浦固體激光器，則可發(fā)揮量子高效率優(yōu)勢，同時體積小、質(zhì)量輕，在工程測繪中光束質(zhì)量比較高。

3.2空間掃描技術

在各類激光雷達測繪技術中，空間掃描技術比較常見，需合理確定掃描方式，對于掃描技術，主要可分為兩種類型，即掃描和非掃描體制。在工程測繪中，一般應用掃描體制，掃描頻率高。在利用機械掃描方式時，需要注意，機械結(jié)構(gòu)具有一定差異，因此，掃描后所得掃描圖樣也有所不同。

3.3終端信息處理技術

在工程測繪中，在終端信息處理中，需做好數(shù)據(jù)獲取以及處理。在激光雷達測繪中，要求同步執(zhí)行傳動機構(gòu)、激光器以及掃描機，合理應用終端處理信息技術，確保能夠高效完成數(shù)據(jù)采集。在終端信息處理過程中，應注意重構(gòu)三維圖像數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)信息利用率。另外，在系統(tǒng)設計中，還應合理利用計算機技術，同時與集成電路進行有效連接。

4、工程測繪中激光雷達測繪技術的應用

4.1精密測繪

精密測繪常見內(nèi)容包括建筑測量、沉降測量等，測繪工序包括目標收集、三維物體模型構(gòu)建，在精密測繪中，首先需獲得測繪數(shù)據(jù)，然后再進行提取、分析以及建模，測繪效率高、測繪結(jié)果精確。

4.2礦山測繪

將激光雷達測繪系統(tǒng)應用于礦山測繪中，可采用BentleyPointools創(chuàng)建三維數(shù)字模型，通過模型分析，詳細了解礦山實際情況，然后再提取地面模型以及礦山模型，同時還可利用GIS技術對礦山環(huán)境進行全面分析，同時對于塌陷區(qū)域進行重點監(jiān)測，進而實現(xiàn)災害預警。

4.3基礎測繪

在基礎測繪中，在完成目標測繪后，對于所采集的數(shù)字信息，需做好切割處理，在此基礎上繪制測繪圖紙，在測繪過程中優(yōu)化數(shù)字測量以及數(shù)字攝影，工作形式比較復雜。對此，為高效完成測繪工作，應根據(jù)基礎測繪實際需要對測繪線路進行優(yōu)化設計，獲得準確的三維坐標數(shù)據(jù)，同時簡化測繪環(huán)境，同時降低測繪成本。另外，可利用高精度激光點云數(shù)據(jù)，準確反映出建筑工程、道路工程等三維信息，為基礎測繪提供可靠依據(jù)。

5、工程測繪中激光雷達測繪技術的應用實例

5.1項目背景

某水電站裝機容量為2400MW。在該水電工程測繪中，測區(qū)偏僻，交通不便利，并且植被豐富，綜合考慮測區(qū)實際情況以及技術條件，選用激光雷達測繪系統(tǒng)。在激光雷達測繪技術的實際應用中，對于復雜環(huán)境的適宜性好，并且可穿透大部分植被，采集數(shù)據(jù)密度和精度均比較高，能夠滿足水電工程測繪實際需要。

5.2機載激光雷達測繪方案

對測區(qū)進行全面分析，同時根據(jù)測繪要求，制定激光雷達測繪方案。（1）在該水電工程測繪中，采用機載激光雷達系統(tǒng)，需配置1臺航攝相機，采集完善的點云數(shù)據(jù)以及影像數(shù)據(jù)。（2）在點云數(shù)據(jù)采集完成后進行坐標轉(zhuǎn)換，同時進行粗分類以及精分類處理，并獲得等高線關鍵點，創(chuàng)建TIN，形成DEM、等高線以及高程點等數(shù)據(jù)。（3）對影像數(shù)據(jù)畸變進行校正處理，并進行空三測量，在創(chuàng)建立體像對時，對地物信息進行立體采集。（4）對于點云形成地貌圖以及第五圖進行套合處理，最終獲得地形圖。

5.3機載激光雷達測繪要點

5.3.1數(shù)據(jù)采集

在該水電工程測繪中，測區(qū)面積為20km2，由于測區(qū)面積比較大，因此，可劃分為12個測區(qū)。在測區(qū)下庫處一個控制點設置1臺地面基站，對于整個測區(qū)，共分為3個架次進行數(shù)據(jù)采集，飛行時間在4h以上。

5.3.2點云處理

（1）在數(shù)據(jù)預處理中，應用TrimbleApplanix軟件，對軌跡數(shù)據(jù)進行解算，同時采用RIPROCESS對各航帶數(shù)據(jù)進行解算。（2）采用RIPROCESS拼接模塊進行點云數(shù)據(jù)拼接，對相關參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，保證平面匹配。（3）在激光點云分類處理中，可利用噪聲點濾波方式分離低點、空中點以及移動地物點。另外，對于反射強度、地物形狀等參數(shù)，需進行自動化分析，根據(jù)地面點創(chuàng)建TIN，對于不理想?yún)^(qū)域進行人工編輯處理。

5.3.3影像處理

根據(jù)各測區(qū)實際情況進行空三測量，當空三像方匹配后，即可獲得正射影像，對于影像資料色彩、亮度等參數(shù)進行調(diào)整，同時做好數(shù)字正射影像向前，保證影像拼接效果。

結(jié)語：

綜上所述，本文主要對工程測繪中激光雷達測繪系統(tǒng)的應用原理和方法進行了詳細探究。激光雷達測繪系統(tǒng)的應用優(yōu)勢明顯，在激光雷達技術的實際應用中，能夠快速獲得全要素、高精度空間信息，同時應用成本比較低，操作方式便捷，可有效推進工程測繪行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，值得推廣應用。

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作者簡介：

雒金泉（1983.12-），甘肅天水，男，本科，工程師，主要從事測繪工程工作。