激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用分析

高鹏

【摘要】经济的发展，推动着时代的进步和科技的发展。在当前的经济社会环境下，大批高新数迅猛发展。科技水平成为了国家软实力的重要标志，也成为了衡量专业水平的重要标准。工程测绘工作做为一项科技含量较高的活动，对高科技技术的应用更是日新月异。事实上，自上世纪八十年代开始，激光雷达技术就已经作为一项高新技术被广泛运用于工程测绘工作中。伴随着经济的发展，激光雷达技术本身也在不断发展，其在各个领域内的运用也有了新的进步。本文将从激光雷达技术的定义、技术分类和工作原理等方面对激光雷达测绘技术的进行简单概述，并在此基础上对雷达激光测绘技术在工程测绘中的应用进行分析。

【关键词】激光雷达技术；工程测绘；应用分析

一、激光雷达测绘技术概述

（一）激光雷达测绘技术的发展历程

激光雷达技术（Light Delection And Ranging，LIDAR）是一种构建和绘制大型目标3D场景和数据模型的高科技技术。它能够快速且准确的获取实体的空间三维坐标，并通过所片拍摄的数码照片，实现场景和数据模型的绘制。其特点在于真实性、客观性和高效性，能够准确有效且快速的获取实体目标的形态特征。

（二）激光雷达技术的分类

根据激光雷达技术载体的区别，激光雷达技术可以分为机载激光雷达技术和地面三维激光雷达技术。顾名思义，地面三维激光雷达技术其载体便是地面，在其工作系统中主要包含了GPS技术、数码照相技术和激光扫描技术。它能够从地面的维度，对所要测量的目标物体进行扫描，并通过软件对所获取的激光反射回波数据和目标表面影像进行建模。在实际操作过程中，地面三维激光扫描系统可以安装在地面，也可以搭载在移动的设备上，以便更好的进行数据采集。

机载激光雷达体系搭载的设备和系统更加完善，包括了精度准确的高度测量仪、GPS定位系统、高性能数码相机和惯性制导仪，能够对测量目标进行动态化测量。系统在获取测量数据后，通过对数据的计算和分析，生成密度较高的三维激光点云数据，确保所提供地形信息数据的精确度。事实上，相对于地面雷达激光测绘技术而言，机载激光雷达测绘技术因其具有高速度、高性能的优势，且能够实现远距离和长距离测绘，因此在实际工作中更受青睐。机载激光雷达测绘技术在我国已经有十余年的使用和发展历史，从某种程度上来说，它引领了工程测绘技术的发展潮流，是一项具有革命性意义的成就。

（二）激光雷达测绘技术的测量原理

利用现代光频波段技术对所测量区域的电磁波进行传送和把控，是激光雷达测绘技术的主要工作原理。通过对电磁波的传送和收集，能够实现对物体的高度、距离和体积等数据进行准确的判断。相对于普通光波而言，激光具有方向性明显、颜色单纯、相干性特突出、抗外界干扰能力强等特点，因此，将激光利用与工程测绘能够达到较为理想的效果。在实际测绘工作中，激光的光束打在物体表面会产生反射效果，反射的光束被雷达所接收，雷达内部系统就可以根据光束发出和收回的时长对物体的距离进行计算，器计算公式如下：

另外，GPS系统也在其中发挥了重要作用。GPS系统在接收到坐标信息后，能够对激光点的X/Y/Z坐标进行景区的计算。事实上，所谓的激光云点，就是有由激光点汇聚而成，通过系统重构绘制成云点图像，这就是相当于是机载激光雷达系统测高的原理。

激光束发射和回传的频率非常的高，同时接收器也处于高效率的运转中，光束在回传的过程中，就包含了距离、高度等信息。在使用机载激光雷达系统时，设备所处位置高度的不同，其平面精度也会有所不同，10-30厘米的高程精度其平面精度可以达到约0.15-1米左右。

二、激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

当今社会，科技快速发展，人们对事物客观规律的探寻也愈加深入。激光雷达技术应运而生，同时计算机技术、地理信息技术和电子微技術的发展更是为激光雷达技术的出现、发展和运用奠定了基础。事实上，激光雷达技术在工程测绘方面的运用主要表现在对基础工程的测绘、精密工程的测绘、电力工程和城市建设工程的测绘以及森林工程测绘等方面。

（一）工程基础测绘

基础测绘指的就是采取一定方法实现工程中的基本需求和目标，事实上，也就是使用激光雷达测绘基础进行目标测绘的基础阶段。事实上，工程测绘指的就是对实体目标数据信息的收集和整理，在工程测绘的基础阶段，强调的是对所收集数字和影像数据的基本反馈和切割，并以此为基绘制测绘地图。在工程测绘工作中，数据的测量工作非常的复杂且很重要，因此，对测绘的线路和测绘的程序都有着严格的要求。激光雷达测绘技术不仅能够快速且准确的完成地面三维坐标的确定，且通过机载激光雷达技术则可以以地面三维坐标为依托，实现高度影像微分纠正，为数字正射影像的产生奠定基础，有效降低工程测绘的成本，只需采用一般的遥感系统即可实现其批量化的生产。大量的激光云数据，更是可以直观的反映出目标实体的地理信息，将这些资源加以运用，即可实现更加准确的诗句解读，大大提高数据收集的效率和质量。

（二）精密工程测绘

在水文测量、沉降测量、文物考古对精密度要求较高的工程测绘中，都会涉及测绘目标数据的采集，并且需要确定三维坐标或是建立三维模型。激光雷达技术的使用，能够有效解决这一系列问题。激光雷达技术能够运用数码照相技术获取纹理数据，通过与建筑模型的叠加，创建三维模型，实现对目标实体的规划分析和决策、以及变形测量等动作。比如，在铁路设计工程中，通过激光雷达技术实现对地面状况的分析和模拟，为铁路线路的设计和实际施工提供了依据。另外，在电力工程线路设计中，亦可使用激光雷达技术对了解整体线路状况。

（三）电力系统工程测绘

在电力工程施工规划中，对线路的测量一般会采用直升机上的激光雷达系统来实现。这主要是因为，直升机搭载的激光雷达系统能够沿着电力线路的走向进行测量，相对于其他测量方式而言，较具灵活性优势，能够依据实际测量需求随时调整直升机的高度以及飞行速度，进而实现对测量精度和测量效率的有效控制，同时也能节约测量成本。如果将录像设备等技术运用到激光雷达测绘技术中，则能够在确保雷达测量准确性和效率的的同时，实现对线路的检查和线路图的绘制。

（四）森林工业工程的测绘

如前文所述，激光雷达技术可以分为地面激光雷达技术和机载激光雷达基础。事实上机载激光雷达技术在商业领域的运用，最早便是被运用于森林工业测绘中。森林工业的发展以及国土管理都都需要对森林中的数据进行精确测量，但是传统测绘技术并无法完全满足其需求。机载激光雷达不同于传统的雷达成像技术，机载激光雷达技术能够对树冠下的地形进行测绘和记录，同时还可以对树的高度进行测量。激光雷达技术在获取相关数据后，在数据分析的过程中，能够计算出地面到树冠激光反射的距离，并在此基础上，计算出树的高度，同时还可以对树的材质进行基本判断，同时分析出树冠的覆盖率，以便于进一步分析森林的自然环境状况，而这些数据都是传统测绘技术所无法获取的。

（五）城市建设工程测绘

伴随着的科技的发展和时代的进步，我们进入了信息和科技高速发展的21世纪。在这个高速发展的时代，城市建设也在向着数字化的方向发展。城市规划的科学性和合理性是实现城市数字化建设的重要影响因素。激光雷达技术在城市规划中的运用，为城市规划提供了更加合理的数据支持，同时对于激光雷达技术自身而言，也是一次发展和提升。相对于其他目标实体测绘而言，城市中的建筑更加复杂，因此对激光雷达技术的精确度、分辨率要求更高。只有利用性能更佳的激光雷达技术，才能构建一个准确度更高的城市整体模型，为城市实现数字化发展奠定基础。

（六）快速获取数字离程模型

激光点云数据是激光雷达测绘技术的主要数据内容，它是实体目标X/Y/Z三维坐标的直接反应。激光雷达测绘技术能够通过人工或自动交互处理技术，将发射到建筑、房屋和植被等非地形目标上的激光点进行过滤和分离，通过构建不规则二角网（TIN），就可以提取数字离程模型（DEM）。激光雷达技术所产生激光点的密度较大，使得所获取的DEM的精度和分辨率也能得到保证。换而言之，在当前的技术条件下，这是获取数字离程模型数据最为快速有效的方法，其精确的和准确度能够满足众多行业的需求。

（七）数字矿山工程的测绘

数字矿山的建立是促进矿产开发和矿产经济可持续发展的必然途径。近些年来，我国矿产资源开发过程中出现了资源浪费严重，矿区生态环境面临严重威胁，且矿业为主的城市也遇到了发展的瓶颈，而数字矿山的建立是解决这一系列问题的重要途径。在数字矿山建立过程中，采用激光雷达技术中的数据滤波技术能够快速提取矿区的相关数据，并在此基础上，实现三维虚拟模型的建立，为建筑物合理规划提供依据。再通过建筑物顶面数据的采集和分析，实现对建筑物模型的建立。将建筑物的模型和地面分层模型进行组合，实现对矿区生态环境和经济潜力进行评估，另外，通过对矿区塌陷区的土地侵蚀和建筑状态进行分析，估测出矿地质灾害发生的概率，以便及时采取有效规避措施。

结语：

综上所述，激光雷达技术因其先进性，在我国的工程测绘中使用广泛，且在各个领域的应用中都表现出了一定的优势。激光雷达技术仍是一项正在发展中的高新技术，因此对该课题的研究具有实际性意义，因此，望本文能够达到抛砖引玉的作用，让更多专家学者深入到该课题的研究中。

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