激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用分析

杨勇 杨水

（山东省国土测绘院，山东 济南 250102）

一、激光雷达测绘技术的相关内容

（一）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。

（二）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。

二、激光雷达测绘技术在工程测绘的运用分析

（一）基础工程测绘

在实际工程的测绘中可以看出，激光雷达测绘技术可以在基础测绘工程中得以应用，主要包括数字正射影响、数字线划地图等。对于数字正射影像来说，必然离不开高精度的三维技术。其中比较典型的就是数字正射影像的获得，主要是依靠地形的信息条件。通常，数字摄影测量工作的程序比较复杂，因此在实际的工作中对于设计和技术路线的要求也比较高。而且，对于测绘工作人员也提出了更高的要求，相关的设备不仅需要满足高精度的微分纠正，还可以促进影响的生成。

（二）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、沉降测量以及变形测量等多个领域之内。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。例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。

（三）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。相比与传统技术，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，但是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。

（四）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，如材质以及生态环境等。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。

（五）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。

三、结语

总之，激光雷达测绘技术已广泛地应用到测绘行业中，可以满足日益提高的工程测绘要求，要促进激光雷达测绘技术的发展。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。