激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用探析

闫利祥

摘要：我国的工程测绘技术随着激光机在工程中的应用得到了广泛的发展，而激光雷达技术也被作为一种新型激光技术形式被应用至工程测量活动中。有鉴于此，本文首先论述旅了激光雷达测绘技术的相关内容，然后探讨激光雷达测绘技术在现代工程测绘的具体应用，了解该技术在工程中的发展优势，从而促进工程领域的可持续发展。

Abstract： Engineering surveying and mapping technology in China has been widely developed with the application of laser machines in engineering， and lidar technology has also been applied to engineering surveying activities as a new form of laser technology. In view of this， this article first discusses the relevant content of lidar surveying and mapping technology， and then discusses the specific application of lidar surveying and mapping technology in modern engineering surveying and mapping， and understands the development advantages of this technology in engineering， thereby promoting the sustainable development of the engineering field.

關键词：激光雷达测绘技术;工程测绘;运用

0  引言

激光探测作为一种高精度的测量技术，以激光作为载波信号，在地质领域、水文领域、航天工程领域内都得到了广泛应用，也是当前复杂环境下最具有发展潜力的技术之一。通过激光雷达测绘，可以获取目标的不同运动参数信息，也可以获取目标的形状特征参数，在今后的应用也会更加广泛。

1  激光雷达测绘技术的相关内容

激光雷达，即在测量的过程中利用相同光频波段的雷达技术发送电磁波，待测点接收到电磁波之后可以根据不同的返回方式对数据信息展开研究。该技术的特点在于能够快速获取待测物体的相关内容，例如包括距离、体积等不同参数信息，了解动态信息的变化趋势并采取实施跟踪。在这种工作原理之下，激光测距机等设备也得到了广泛应用。

在实际工作当中，雷达的形式不同也可以进行系统化分类。例如，按照发射波形的不同可以划分为连续波雷达、脉冲雷达、脉冲压缩雷达等，按照安装平台的差异则可以划分为机载雷达、地面雷达等。工程测绘工作中如果单独使用激光雷达技术可以取得稳定的成果，但也可以将该技术和其它技术配合应用，效果更佳稳定，具体需求以工程实际要求为参考标准。

1.1 非机械扫描方式

非机械扫描方式中最为典型的是声光扫描，利用声光效应，当声波通过声光介质后就会影响到介质的疏密程度，如果衍射光的角度和频率发生变化，说明光束在通过介质时出现衍射效应，超声波声场发生改变。扫描设备就是基于这一原理制作而成。激光入射角和声波面的夹角满足一定条件时，介质内的衍射光就会互相干涉，留下0级和1级的衍射光。声光扫描属于无关性扫描，扫描速度比较快，且视场角比较小。

与之相比，另一种常见的非机械扫描方式是电光扫描，利用晶体的电光效应，将出射光束偏转后进行扫描。光束在晶体中某些方向的折射率发生改变，因此通过晶体的过程会产生相位差。电光晶体处于电场中，出射光角度发生变化，这种变化与电场之间密切相关。光束通过晶体产生相位差的变化，激光出射角也会随之偏转。

1.2 机械扫描方式

以振镜扫描为例，其中一端和扫描电机连接，通过电机转动来实现振镜的偏转。此时，激光会随着镜面反射让出射角改变。激光光束首先投射至沿X轴转动的振镜上，之后通过反射，到达沿Y周旋转振镜之上，以这一过程中通过相互配合来实现二维平面扫描。不过考虑到灵活性方面的要求，其结构冗余的问题与扫描频率问题应进行控制。

2  激光雷达测绘技术在工程测绘的具体应用

2.1 基础测绘

基础测绘可以满足测绘工作的一般工作要求，借助不同的技术手段来对待测物体的信息进行收集，用于满足后续的工作需求。在工作开始的阶段，需要对数字影像进行切割，然后以此为基础来构建相应的测绘地图。测绘工程中的数字摄影、测量工作直观重要。激光雷达测绘技术可以对线路和程序进行严格规划，例如通过机载激光雷达技术可以构建数字三维坐标，对地面地物进行定位，即便工作进度要求较高，也可以满足相应要求，不影响结果的有效性，在遥感图像、系统处理的过程中都可以实现规模化应用。激光点云数据还可以被应用于地物、植被信息的测绘过程中，充分利用这些资源也能给结果精确性的提升提供技术支持，保障数据采集的效率质量。从机载激光雷达技术的处理方式来看，雷达点可以发射到地面地物较多的区域内，最后反射回来的为地面点。相比于地物点，地面点可以被作为起算点，同时是最低点。高程值较低的激光雷达点中可以提取原始的地表面信息，然后设置好地面坡度阈值进行迭代运算，直至最后寻找到合理的地面。实际工作中可以在小区域内实验分类参数，然后使用Macro批处理命令对数据进行分类数据。激光雷达测绘技术的作业周期短、进度高，在商业应用中扮演着重要的角色，地面数据可以通过软件合并到不同类型的数字图当中，对于提升数据分类精度作用明显，是基础测绘的关键手段。

2.2 精密工程测量

精密工程与目标采集之间密切相关，精密工程的三维坐标信息和模型可以通过测量来获取结果。包括建筑测量、水文测量、沉降测量、变形测量等多个领域之内。前文所提到的机载激光雷达技术和地面激光雷达技术都可以发挥有效作用，通过数码相片，相关技术人员可以获取纹理信息，以此为基础构建三维模型，可以对景观规划进行分析，从而确定后续的工作计划。例如在工程设计当中，可以提供高精度的地面高程模型，通過测量公共区域内的地物、地形特征信息、地面裸露点高程等来了解整个区域环境的信息，通过信息结果计算出目标区域离地面的高度，更好地为工程提供技术支持。即便是建筑物非常密集或地物密集的范围内，激光雷达也可以成功估算出工程的开展方案等。例如，在房地一体测量工作中，可以按照项目的实际需求与现场环境，合理地选择基准站点和相应的作业模式，在勘查现场环境之后综合考虑不同对于影响因素，选择某种作业模式进行数据采集。虽然背包作业模式可以获取更加丰富的地物信息，不过地面GPS信号容易受到干扰，可以选择地面布孔的方式增加点云的精确程度。具体要结合设备和地貌情况展开参数计算，综合分析静态基站的数据质量、高程拟合进度、坐标转换进度等。数据采集完成后获得原始基站数据、点云数据，进行惯导解算后获得采集轨迹数据。综合来看，激光雷达设备可以高密度且高精度地获取地面三维数据，在房地一体测量工作中具有极高的应用价值，在其它精密工程中也可以发挥显著效果。

2.3 森林工业应用

机械激光雷达系统在森林工业中也可以得到有效应用。由于工程中要获取到森林下端地形信息，对于精度的要求比较高。如果选择传统技术手段，树的高度、密度、环境因素等都会干扰到结果获取过程。然而借助激光雷达系统，技术人员甚至可以透过树冠来勘察树冠之下的地形特征，包括获取树的高度信息等。在后续工作中也可以获取更多的林业信息，如材质、生态环境等。例如，在森林生物量的分析过程当中，可以建立其单木生物量模型，用于大规模范围内的森林资源筛查工作。小光斑雷达数据的出现减少了离散点云数据受到的参数估测影响，可以记录地物的波形和强度，以波形分析结果来获取森林结构参数。未来的工作中还可以借助多源遥感数据的综合应用，进一步地提升雷达数据在部分茂林地区的精确度，或是选择机器学习法，在不同区域的训练数据分析时获得不受影响的估测模型和算法结果，实现大面积推广。

2.4 城市建设规划

现代社会的工程建设中，空间信息的作用更加明确，也成为了城市建设过程中的有效参数信息。激光雷达测绘技术有助于获取精度更高的地面模型和数字影像，获取空间信息资源。例如，在建设数字三维城市过程中，为了能更好地实现对空间的开发、利用，利用激光雷达技术获取高密度的点云数据，构成三维城市的基础参数，进行分析测量后构件数字高程模型、建筑体模型。与传统技术相比，在坐标系方面实现了转变，可以用测区均匀分布的控制点与坐标点作为基本参数，确定好坐标，在测量过程中点云也包括了多种类型，如城市建筑点、植被点、地面点等，最终则可以提取地面信息，将地面点云划分为地面点、非地面点、噪声点，在分层完毕后进行测绘。虽然点云数据会因建筑物密度过高产生一定的误差，但只需要通过人工审核并展开修改，就能维持分类结果的准确性。建筑体框架模型的制作结束后，可以按照城市图形数据进行判断，在三维立体软件中进行编辑生成不同的框架模型等。

2.5 电力传输与管道布设

在电力传输或是管道布设工作当中，可以借助直升机平台工作下的激光雷达系统来获取有关信息，数据结果可以更加精确。与此同时也能依靠使用数字相机、传感设备完成线路的检查和制图工作。在实际的工程应用当中，可以对激光点云数据进行分类，包括地表数据与非地表数据，以此为基础生成Digital Elevation Model数据，利用数据获取航空数码影响的外方位元素，或是利用激光点云数据提取线路周围的道路信息、房屋信息、植被信息等。和传统摄影相比，优化选线环节中技术人员能大量减少调绘的工作量，实现数字电网的构建。另外，由于不需要航外像控测量工作，作业成本随之降低。

3  结语

综上所述，通过分析，我们不难看出激光雷达技术在现代测绘工程中扮演着关键角色，从其应用原理和应用优势中，我们也应该明确未来的发展方向，推动激光雷达技术的后续发展。无论是在哪个行业和领域，都能围绕基础测绘的要求进行系统化研究，发挥其数字处理的自动化特性，发挥高精密度、低成本特点。国外在这一方面已经进行了较为成熟的技术研究，我国也可以适当地参考国内外的先进方案，从系统构建、设备使用等角度强化应用优势。

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