工程测绘中激光雷达测绘技术的应用

郭新国

（山东省地质测绘院，山东 济南 250012）

近年来，在进行工程测量时，测量准确度明显提升，运用范围不断扩大，因此可以及时、快捷地找到空间位置。特别是激光雷达技术的出现，通过运用GPS 定位系统找到准确的空间位置，且不容易被外部因素影响。与传统的测量方式相比，例如摄影测量和工程测量，它的优点更突出，它的运用对我国工程测量行业有着重要意义，能进一步促进此行业的快速发展。

1 激光雷达测绘技术简介

激光雷达，即通过光频波段雷达对目标发送探测系统，之后对比已经得到的数据信息和发射的电磁信号，然后可以完全掌握目标的一些数据信息。这几年，科学技术的进步推动了我国在激光雷达技术方面的优化，同时创造了很多先进的激光雷达测量装备，例如激光雷达测距机。简单的激光雷达模式是它的条件，在此基础上利用激光测量技术，全面掌握测量目标的有关信息数据和它的实际位置，继而形成比较全面的激光雷达测量系统。激光发射器、信息接收器等都是激光雷达测量装备的基本构成部分。但是，因为现在有大量的激光雷达测绘系统，类型不同，效果也不尽相同，所以为了使激光雷达的精准度有保障，在进行测量工作时，需要以实际情况为前提，准确地选择不同类型的激光雷达。现在，各行各业都可以运用激光雷达，同时，通过激光雷达，人们可以以获得信息的具体情况为基础，选择合适的激光雷达的使用办法。微波雷达、红外线电视等一些先进的科学技术开始在激光雷达测量技术中用到，因为在实际测量中，这些技术的运用能够让测绘工作更加精准，工作效率更高。

2 激光雷达测绘技术的具体工作

现在激光雷达测绘技术一般有三种。

2.1 空间扫描技术

空间扫描技术包括扫描、非扫描体制两种形式。不管是在社会中还是在军事上，得到三维位置的方法一般都是激光扫描技术，它经过扫描目标然后进行相关的数据收集。该技术在城市规划和环境监管的有效应用，如在防震减灾方面的监管和交通通讯的畅通方面的作用，不仅推进了我国的城市化建设和产业经济的进一步发展，而且真正为人们带来了更便利的生活。

2.2 激光发射技术

激光发射技术通过一些发射光脉冲击到物体之后反弹回来，例如半导体激光器，分析得到的信息就可以确定目标运动状态、距离角度和追踪目标。如今，该技术多运用于低空直升机、水下探测等，优点是速度快、功能性强、距离长，可以接收大量的相关数据。例如：水下的机载激光雷达，它能够水下目标成像，这样很容易进行水下检查地形，收集海岸侵蚀的数据。

2.3 灵敏度极高的信息接收技术

信息接收技术是由光学探测器和回波理电路构成的。通常，从扫描仪和激光器等得到的信息，需要汇总、放大检测等操作，只有目标的三维图像数据是不够的，还需要修改图像性的非线性扫描，包括回波信号幅度，这需要结合集合电路以及计算机进行相关工作，这些都可以通过灵敏度极高的信息接收技术来实现。

3 激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

3.1 基础工程测绘

在基础测绘工作进行过程中，需要运用数字正射影像和数字线画地图等的激光雷达测量技术。无疑，数字正射影像一定伴随着精准度有保证的三维技术。例如通过地形的信息数据得到数字正射影像。数字摄影测量的步骤很繁琐，所以在测量工作中，有关设计和技术方面的标准很高，为了让影像尽快成像，不仅需要有很强的专业能力的测量工作人员，还需要先进的、精准度高的设备进行工作。因此，测量时不需要其他的摄影测量技术，这样不但减少投入的成本，而且还可以进行大规模生产。

3.2 精密工程测绘

很多需要严格要求的工程测绘都有关于目标信息数据收集方面的工作，比如水文、沉降和文物考古等方面，同时要定位三维坐标或者搭建三位构图模型。想要高效地处理这些问题，就需要合理运用激光雷达技术。它可以通过数码照相的方式得到纹理信息数据，结合建筑构图模型，建立三位构图模型，真正做到细致的分析和测量等工作。比如铁路设计工作，需要利用激光雷达技术拟建和研究地面的情况，这也是线路设计和具体工作的前提。除此之外，也可以利用激光雷达技术把握所有线路的具体情况，以此保证整个电力工程的线路设计。在精密的工作中也能够运用激光雷达测绘技术，主要是收集测量目标，做好三维坐标的定位和构建模型。除此之外，对精密的测绘工作也可以使用激光雷达技术，能够具体规划现实的景观建筑，这样就可以推进保护物体的工作和继续完善决策工作。

3.3 进行数字高程建模

这些年，建筑工程中比较常用的建模方法是数字高程建模，它能够科学、合理地进行建筑工程的具体操作。施工单位可以利用数字高程建模对整个建筑工程的实际施工进行监管，全面把握施工过程中的土方量和地形通视状况等各种因素，然后研究这些因素。在建筑工程测绘工作过程中，可以运用激光雷达测绘方法，利用激光点快速得到此区域的数据，同时构建三维坐标。经过研究得到的数据，能够建立满足实际施工条件的数字高程模型，因此它让高程建模的效率有了提升，而且提高了数字高程建模的精准度。

3.4 电力系统工程测绘

在电力系统工程测绘工作过程中，大多运用激光雷达测量线路。直升机的激光雷达系统在测量时可以跟着电力线路的方向，和其他测量方法相比，它的优势更明显，不仅运用灵活，而且可以以具体要求为标准，控制直升机的飞行速度和高度。这样不但可以减少投入的测量成本，而且可以提高测量数据的准确度和工作效率。想要测量工作不仅可以提高精准度和工作效率，而且可以完成检查电路的工作和绘制线路图的工作，就需要把录像设备等方法与激光雷达测量技术相结合。

3.5 矿山工程测绘

这几年，因为人们的环境保护意识不断增强，逐渐意识到建设数字化矿山的重要性，对该技术的应用有助于推进矿山工程的可持续发展的理念。现如今，我国经济社会的发展越来越快，随之而来的就是不断增加的矿山资源的需求量，所以不仅消耗量有所提高，其速度也在不断加快，这就对矿山周围的生态环境造成严重的影响。运用激光雷达测绘方法可以有效改变这种情况，建设数字化矿山。运用该技术可以快速得到相关信息数据，并以此为前提进行深入分析研究，构建矿山模型，研究遭到严重破坏的矿山，把探险位置当作测绘的重点，不断地改善现有的生态系统，降低灾害发生率。

3.6 激光雷达测绘技术应用于数字城市建设

随着科学技术的进步和发展，如今城市化建设的重点已经转向数字城市，故在实际操作时，得到准确的空间信息十分重要。这是因为数字城市平台和框架的构建不能没有它的数据支持，然而从前的测绘技术得到的信息已经不能达到数字城市构建的高标准和严要求。在这样的背景下，为了确定数字城市建立不能缺少的空间信息，还有保证数字正射影像的分辨率提升和准确率不出现问题，可以运用激光雷达中的垂技术。

在建立数字城市时，建立的虚拟化管理系统平台一定要包含整个城市，且城市三维模型是前提条件，只有此模型的数据真实可靠、能够进行测量工作，才能真正地再现城市。但是从前的测绘方法无法避免外界环境的影响，从而无法准确地掌握空间信息。激光雷达测绘方法可以利用激光整体地把握整个建筑物，这样做的优点是工作效率有保证、准确度能够提高。为了完成建立城市三维模型的目标，可以把激光雷达测绘方法和其他的一些软件结合使用，使相关的云数据形成模型的映射。

4 激光雷达测绘技术应用实践

在工程测绘过程中，激光雷达测绘方法由于能同时满足准确度和经济效益，能够满足测绘工作的高要求，其运用的范围不断扩大。文章从工程建筑方面着手，深入研究了此技术的实际运用情况，从而全面把握此技术的整体情况。

4.1 机载激光雷达系统的作用距离量测

由于测量对象是工程建筑，直升机的激光雷达测量工作需要满足的条件是能见度为5000m 左右，之后进行测绘目标成像。确定的可以成像的最远目标距离下的激光雷达系统测量的成像距离如表1 所示。在表1 中，可以发现测绘系统在能见度10000m 的条件下，它的作用距离是2890m，比指标要求高2700m，能够适用于该工程的测量，满足有关的规范。

表1 机载激光雷达系统量测距离和结果

4.2 扫描均匀性量测

在工程建筑中，需要进行三维地形扫描成像，而直升机上的激光雷达测绘技术需要运用扫面系统进行此项工作。在实际操作中，目标测量角度的精准度跟扫描的均匀与否没有关系，可是严重影响地形轮廓的精准度。在直升机上的激光雷达测绘系统中，需要激光雷达成像原理为前提运用它的扫描成像技术，经过测量，可以得到一些位置距离信息数据，然后通过图像处理的方式深入研究这些位置距离信息，构成此工程的三维构图。在操作过程中，需要了解激光成像跟位置距离采样点的均匀与否有直接的关系。从实际情况来看，想要精准度极高的三维构图，需要稠密的采样点，增加采样点信息的使用率。因此，在工程建筑测绘过程中，只有采样点的位置的科学性和均匀性能够得到保障，才能提升光束扫描的均匀程度。在工程建筑测量之前，运用型号为BST-Ⅲ的设备测量激光雷达的光束是否均匀，可以切实提升激光扫描成像的均匀程度。如果想要确定光斑的均匀程度，可以利用激光雷达系统，它的激光发射至超过5m 的符合要求的反射板上，利用BST-Ⅲ扫描仪性能检测仪对得到的光斑进行成像操作。检查之后，结果是直升机上的激光雷达系统的扫描技术达到了工程测绘的要求。为了提高工作效率，需要把这样的系统配置在地面模拟成像的装备上，它可以扫描工程建筑之后成像，获取此工程的空间位置，并以图像的形式展现出来。

5 结束语

总之，激光雷达测绘方法运用范围广，例如水利工程测绘和公路工程测绘。深入研究此技术后，发现它不仅可以处理测绘工作中遇到的问题，同时提高了工作效率。现阶段，我国运用此技术时间尚短，对该技术的研究还有很大的发展空间，需要在今后的工作中不断优化与改进，促进测绘工作不断发展和进步。