工程测绘中LIDAR测绘技术的有效运用分析

陈浩光

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.042

摘 要：随着我国社会经济的飞速发展，建筑工程逐渐增多，且施工环境越发复杂，这也更加突出了测绘工作的重要性。为确保工程建设的质量和效率，应做好准确、全面的测绘工作，立足于工程实际情况，并不断引进新型测绘技术和理念，LIDAR测绘技术是其中典型代表，相关工程项目单位应加大对该种技术的研究力度，充分发挥技术本身作用，从而科学探测工程区域地质地貌，防范工程风险。该文以LIDAR测绘技术的原理为基础，重点探析其在工程中的应用途径。

关键词：LIDAR测绘技术 全球定位系统 工程测绘 数字化城市 数据信息

中图分类号：P225 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0042-02

测绘工作在工程建设中扮演着重要角色，且我国地域面积广阔，地质地貌构成复杂，极大程度上提升了施工的难度，为科学控制工程施工进度，应加大对测绘工作的重视程度，全面勘察工程区域中地质情况、岩层运动情况，并采取对应的施工技术，从而更好地确保施工安全与质量。随着我国社会经济的发展，建筑工程呈现出多种设计样式等特色，对测绘技术也提出了更高要求，传统的测绘技术因自身局限性，已不再适应于工程的需要，因此LIDAR测绘技术、GPS技术、GRS技术等新型测绘方式诞生并被广泛应用在工程测绘过程。

1 LIDAR测绘技术原理

Light Detection And Ranging简称LIDAR，代表着激光探测与测量，主要以GPS技术和惯性测量装置为基础[1]，将系统探测的数据用DSM（数字表面模型）通过离散点的方式表示，数据中包含激光强度、三维空间等多方面的信息。LIDAR测绘技术分为地面与机载两种类型，其中的机载型激光雷达借助测距系统、飞机等设备，融合计算机技术、激光测距技术、IMU（惯性测量单元）等多种现代化技术，能够准确测量出物体在地面的三维坐标，因此，其应用范围较为广阔，主要的系统有以下4个：（1）激光扫描测距系统；（2）IMU（惯性测量装置）；（3）动态差分GPS接收机；（4）一套成像装置。

LIDAR测绘技术主要的工作原理有：通过传感器等装置，发射出激光束后，借由空气这一载体，传播到物体的表层或者地面，再经过表层或地面的反射后，形成的反射能量会被传感器重新接收并记录，作为系统中的电信号。如果准确记录信号的发射与接收时间，那么就可以科学地计算出物体的表层或者地面与激光器之间的距离，其计算公式如下所示[2]：

R=ct/2

式中，R为物体的表层或者地面与激光器之间的距离；

c为光速；

t为接收时刻与发射时刻的时间差。

光脉冲通常以光速进行传播，通过激光型发射器，发出一束离散式光脉冲，将其打在地表后，并对其反射，而在发出下一光脉冲之前，接收器会先接收被反射的光脉冲，以此测量出距离。

2 LIDAR测绘技术的应用优势

将LIDAR测绘技术应用在工程测绘过程中，具有产生数据周期快、抗外部环境干扰能力强、自动化智能化程度高、准确性高等多种优势。该测绘技术需要借助相关的传感器装置，并发射出激光脉冲类型的信号，能够较好地避开地面植被等其他物品的遮挡，更为准确地获取工程区域中地形、地表等方面的数据。再利用先进的科学软件对数据进行处理，生成直观的等高线或者影像图。与地面测量技术或者传统的测绘技术相比，存在多方面的优势，因此，该种技术的应用范围较广，包括绘制地图、航图测绘等领域[3]。

3 工程测绘中LIDAR测绘技术的有效运用

LIDAR测绘技术得出的数据准确，能够辅助工作人员更为科学地进行施工，将其合理地运用在工程测绘中，应综合考虑工程地质条件、环境因素等方面的因素，确保技术运用的科学性，当前，LIDAR测绘技术的运用方式主要有基础测绘、精密工程和数字化城市等方面，具体包括以下几方面的内容。

3.1 施工场地的基础测绘工作

将LIDAR测绘技术应用在施工场地的基础测绘工作中，能够更好地满足施工标准，达到预定的施工目标。当前，基础测绘中主要包括DLG（数字线划地图）、DOM（数字正射影像）、DEM（数字高程模型）和DRG（数字栅格地图）4种基本的测绘产品，其中数字线划地图和数字正射影像的生产过程需要三维空间高精度的信息支撑。如，数字正射影像需要数字高程模型在提供精确的地形资料后，再借助数字型微分技术，分析或者纠正信息，最后才能获取相应的产品，在没有数字高程模型数据资料的情况下，会借助摄影的方式进行测量，但与数字高程模型相比，其操作程序复杂且繁琐，很容易出现人工失误的情况。而通过LIDAR测绘技术，能够实时提取地面表层的三维坐标，更好地满足于纠正需求，降低了数字正射影像的整体获取难度。基于此种生产背景，数字正射影像不再依靠摄影平台，只需要有普通RS图像系统，就可以实现集约化、高效率生产。

3.2 LIDAR测绘技术在精密工程中的运用

当前，我国运用LIDAR测绘技术的范围逐渐变广，其中一个显著的特点是应用在精密工程的测绘过程，包括测量水文环境、测量地质沉降情况、为电力系统选线、测量建筑工程、考古等方面。这一类工程的共同特征是要求全面收集、测量和采取目标范围内的所有信息，同时也需了解三维坐标和模型中涵盖的信息。将地面和机载两种LIDAR测绘技术有机统一，能够很好地满足精密工程需求，其具体的操作步骤为：借助数码相片，采集对应的纹理信息，并将其与建筑物模型进行层次式、叠加式处理，构建出科学的三维模型，再规划出具体的目标景观，进而达到测量形变、决策规划、分析目标景观等目的。如，在建设建筑工程中，能够利用LIDAR测绘技术，获取施工区域中地物、地形情况，并根据设置的数据点，展开验收、监督等工作，保障工程的施工质量。

3.3 建设数字化城市

数字化城市属于当前城市化进程中重要发展趋势之一，包含多媒体、计算机、数据存储等方面的技术，再结合GIS技术、RS技术、仿真-模拟技术、遥测技术等，三维描述出城市的多种类、多尺度、多分辨率，更为实时地监测城市变化。通过利用LIDAR测绘技术，能够及时获取数字地面模型，从而为建设数字化城市提供空间信息资源，从全方位的角度扫描地面建筑物，并得到目标景物的三维坐标，再构建出城市的三维模型，更好地促进城市发展。

4 结语

综上所述，测绘工作在工程建设过程中扮演着重要角色，不仅关系着整个施工进度，更影响着工程的质量和施工安全，基于此，工作人员应结合工程实际情况，选择恰当的测绘技术，确保测绘工作的顺利进行。LIDAR是当前应用得较为广泛的测绘技术，具备密度大、数据获取准确等多方面的优势，对工程测绘有着较大的帮助作用，但就当前的情况而言，LIDAR测绘技术的应用仍存在问题，相关测绘工作人员必须加大对其的研究力度，综合考虑工程量、工程外部环境等因素，拓宽LIDAR测绘技术的运用范围，保障测绘数据的精密性，提升工程整体质量。

参考文献

[1] 巩翼龙，闫利.结合机载LiDAR数据与航空可见光影像多层次规则分类建筑物变化检测[J].光谱学与光谱分析，2015，35（5）：1325-1330.

[2] 赵泉华，李红莹，李玉，等.全波形LiDAR数据分解的可变分量高斯混合模型及RJMCMC算法[J].测绘学报，2015，44（12）：1367-1377.

[3] 于海洋，牛峰明，罗玲，等.一种综合机载LiDAR与高分辨率航空影像的铁路轨道提取方法[J].测绘工程，2016，25（5）：42-46.