工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用策略分析

張毅

沈陽祺鵬集團有限公司 遼寧沈陽 110141

隨著測繪專業(yè)的不斷發(fā)展以及各領(lǐng)域科技水平的不斷進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)、新方法投入到了測繪工作當(dāng)中，三維掃描技術(shù)在測繪工作中的應(yīng)用現(xiàn)已起步，該技術(shù)運用激光測距原理實現(xiàn)測繪點定位，可以在短時間內(nèi)采集大量測繪點位的距離和角度，實現(xiàn)海量點位坐標(biāo)采集，具有高效、準(zhǔn)確等諸多優(yōu)勢。但該技術(shù)目前更多應(yīng)用于地形、地貌、地面設(shè)施等平面測繪工作，對于物、構(gòu)筑物等大體積復(fù)雜結(jié)構(gòu)的測繪應(yīng)用較少，主要由于三維掃描儀縱向位置變化及角度變化難度較大，隨著搭載式云臺技術(shù)的不斷進(jìn)步，該問題得到了有效解決，三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大，被各行業(yè)所廣泛應(yīng)用。因此，借助三維掃描技術(shù)實現(xiàn)測繪，可以很好地發(fā)揮其自動化、數(shù)字化程度較高，相對于傳統(tǒng)的全站儀、水準(zhǔn)儀等測繪手段其精度高、效率高、節(jié)約人力成本，數(shù)據(jù)交互性好等諸多優(yōu)勢，運用合理的方法與技術(shù)手段，將雷達(dá)運用到大體積復(fù)雜結(jié)構(gòu)的測繪工作中，將很好地提高測繪工作的質(zhì)量和效率[1]。

1 概念

激光雷達(dá)測繪也被叫作LIDAR技術(shù)，通過電磁波把信號傳遞至被測位置，將傳遞的信號與接收的信號進(jìn)行比較的過程，把被測對象寬度、高度、距離與物體處在靜止或運動的情況加以正確計算，從而實現(xiàn)勘測與跟蹤被測對象。激光雷達(dá)測繪技術(shù)能夠在相同時間得到三維空間坐標(biāo)，讓其可以實現(xiàn)同步開展的效果，借助Pointools、RealWorks等點云處理，建模軟件健全數(shù)字模型。這種先進(jìn)的數(shù)字模型，能夠得到以往測繪方法無法測繪的準(zhǔn)確度高的三維空間數(shù)字信息，有著速度快、精準(zhǔn)且運用范圍甚廣等優(yōu)點。把激光雷達(dá)測繪與虛擬現(xiàn)實相融，可以二十四小時監(jiān)測自然災(zāi)害，譬如說干旱、洪澇、地震災(zāi)害等，可以為防災(zāi)救災(zāi)進(jìn)行實時預(yù)警，還能夠運用于工程建設(shè)中，從而將智能化管理交通安全系統(tǒng)目標(biāo)實現(xiàn)，科學(xué)規(guī)劃城市布局，并且深入推動環(huán)境保護建設(shè)[2]。

2 工程測繪中激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用策略分析

2.1 用于管道和系統(tǒng)建設(shè)

激光雷達(dá)系統(tǒng)在無人機上對城市的管道和系統(tǒng)進(jìn)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(dá)系統(tǒng)和數(shù)碼攝像機連同一些傳感器一起進(jìn)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(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用，首先對激光雷達(dá)采集到的激光點云數(shù)據(jù)和數(shù)碼影像進(jìn)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(jìn)行疊加構(gòu)建一個三維立體場景的線路走廊。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(dá)技術(shù)進(jìn)行高程測繪，對線路周邊得高物、高植被、危險點等進(jìn)行信息采集。為了保證后期線路的正常安全使用，可以利用機載激光雷達(dá)航拍測繪技術(shù)定期對線路開展巡線工作，查看植被上、房屋下的安全隱患，通過構(gòu)建的三維模型測繪線路間的距離和地物與間的距離，可有有效的排除線路的安全隱患，從而保證線路的正常運作[3]。

2.2 在可視化管理方面的應(yīng)用

我國企業(yè)在線路系統(tǒng)識別和管理方面，長期以來一直使用基于二維坐標(biāo)的GIS系統(tǒng)，這種以二維為核心、采取幾何圖形方式表現(xiàn)出來的測繪圖并不能真實展現(xiàn)出線路、桿塔等設(shè)備或者設(shè)施周邊的具體情況，對于自然環(huán)境、地形地貌的描述比較抽象，對于管理、觀測、檢修人員的綜合素質(zhì)有著較高的要求，而且容易因圖層疊加而忽視個別細(xì)節(jié)，從而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的安全隱患未能在第一時間被發(fā)現(xiàn)和解決。

2.3 礦山工程

在現(xiàn)代生態(tài)文明發(fā)展背景下，我國礦產(chǎn)行業(yè)在測繪時期有一些難度，尤其是在生態(tài)環(huán)境較為惡劣的礦山上，測繪過程會遭到空間上的限制，如若要充分滿足礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展要求，就必須要投入很多的財力、物資、人力等，如此不但會花費過多的時間與精力，而且也有可能根本不能夠達(dá)到理想中的效果。要想有效解決人力不能為的問題，運用激光雷達(dá)測繪，通過數(shù)字礦山促進(jìn)礦業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。在礦山工程中必須要測繪的參數(shù)涵蓋了礦產(chǎn)資源分布、礦山地質(zhì)分布等等。因為礦山環(huán)境比較復(fù)雜，有著諸多不確定性因素，假設(shè)通過人工開展實地勘測，很大概率會導(dǎo)致各種危險事故。特別是在路線勘探規(guī)劃方面，必須要在測繪中嚴(yán)格標(biāo)記路線與路標(biāo)等，同時要確保信息精準(zhǔn)，才可以確保礦山工程勘探工作安全進(jìn)行。

2.4 在輸電線路配電增容方面的應(yīng)用

企業(yè)的輸電線路安裝工程，往往不能僅僅滿足于當(dāng)前管轄范圍內(nèi)用戶的用電需求，而要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行擴容，從而有效應(yīng)對未來用電客戶和用電量的增加。如果要滿足能源輸送的持續(xù)快速增長，最為直接同時效果也最為明顯的方案就是新增輸電線路。然而從當(dāng)前企業(yè)的運行和技術(shù)上看，新增輸電線路不僅要額外增加大量的工程投入和資源耗損，更重要的是在線路選擇上將會愈發(fā)困難。在機載激光雷達(dá)技術(shù)的支持下，企業(yè)可以利用激光LIDAR測繪技術(shù)快速掃描并恢復(fù)線路走廊精確的地形、地物三維空間位置，并且能夠?qū)崟r記錄作業(yè)時的環(huán)境變量信息。在此基礎(chǔ)上，借助計算機模擬提高荷載后的弧垂，進(jìn)行弧垂對地距離安全檢測，從而為提高電線載流容量提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)。通過這種測繪，施工人員可以快速、精準(zhǔn)地計算出現(xiàn)有電網(wǎng)線路當(dāng)中哪些檔可以直接適應(yīng)新的載荷要求，并且能夠安全、穩(wěn)定地運行；而對于現(xiàn)有情況下不能適應(yīng)輸電增容的檔，可以在測繪之后進(jìn)行相應(yīng)的計算，采取移動電線桿、電塔位置、更換部分設(shè)備或者設(shè)施、清除部分樹木植被等方式，提高輸電線路的載荷容量。

3 結(jié)語

激光雷達(dá)測繪技術(shù)的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)測繪技術(shù)的局限性，可以更為快速、準(zhǔn)確地獲得被測實體的三維坐標(biāo)信息，為工程實踐等提供重要的數(shù)據(jù)參考?；诩す饫走_(dá)測繪技術(shù)的先進(jìn)性，該種測繪技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了極為普遍的應(yīng)用，實現(xiàn)了工程測繪領(lǐng)域的變革，推動了工程測繪的現(xiàn)代化發(fā)展。