趙璽旻

摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，社會對測繪成果的要求越來越高。在信息化時代支持下出現(xiàn)了激光雷達測繪技術，激光雷達測繪技術逐步深入到工程建設的各個發(fā)展環(huán)節(jié)，其可以簡化工程測繪流程與步驟，獲得準確的測繪數(shù)據(jù)，從而推動測繪事業(yè)的發(fā)展。重點分析工程測繪的相關問題，討論激光雷達測繪技術在工程測繪中的的應用效果，僅供參考。

關鍵詞：激光雷達測繪技術；工程測繪；應用分析

一、前言

經濟高速發(fā)展后，我國的航空事業(yè)、國防事業(yè)、建筑事業(yè)發(fā)展速度加快，對工程測繪提出較高要求，然而傳統(tǒng)測繪技術已經不能滿足測繪工程的要求，新的測繪技術應運而生，在工程測繪領域的應用廣泛。激光雷達測繪技術可以提升測繪質量與精確度，整體測繪效率高，可以促進工程測繪行業(yè)的發(fā)展[1]。激光雷達測繪技術涉及空間掃描技術、激光發(fā)射技術、信息處理技術，測量效果明顯高于傳統(tǒng)測量法，具備較高的自動化水平、測繪精度，且數(shù)據(jù)產生時間短，不會受到天氣因素的影響[2]。

二、激光雷達測繪技術概述

激光雷達測繪技術是在慣性導航系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)上形成的，涉及計算機系統(tǒng)、激光系統(tǒng)，利用衛(wèi)星系統(tǒng)定位，激光系統(tǒng)發(fā)射信號，之后對比處理發(fā)射信號、原有信號，全面分析測量目標的形態(tài)、位置、高度，繪制三維坐標圖像。結合激光雷達技術、工程測繪，可以轉變傳統(tǒng)工程測繪法，準確定位測量目標，獲取相關信息[3]。在工程測繪工作中，激光雷達測繪技術依賴計算機系統(tǒng)科學處理數(shù)字攝像片，獲得三維模型，展示出目標工程物體。激光雷達測繪技術具備多功能測量、精確度、時效性等優(yōu)勢，成為應用廣泛的技術措施。

三、激光雷達測繪技術的優(yōu)勢

（一）精準性

在現(xiàn)有測繪技術中，激光雷達測繪技術先進，能夠獲得較高的精確度[4]。在具體應用中，測量結果誤差小，測繪范圍廣。激光雷達測繪技術在測量目標的范圍、準確度方面，已經獲得明顯的進步。形成測繪圖紙時，并非簡單的測繪結果，而是大量驗證、測繪所得。激光雷達測繪技術通過收集數(shù)據(jù)信息、分析數(shù)字圖像，可以形成測繪地圖，有效彌補傳統(tǒng)測繪的不足，全面保障工程測繪工作。

（二）全面性

開展工程測繪工作時，激光雷達測繪技術借助電磁波信號測繪，發(fā)射信號脈沖，收集反射信號，測量和分析目標位置、質量、體系要素[5]。電磁波信號具備較強的穿透力，針對大體積測量目標，能夠獲得較高的準確性。激光雷達測繪技術按照基礎參數(shù)、實際情況，建立三維物理模型，聯(lián)合數(shù)字化技術呈現(xiàn)虛擬數(shù)碼城鄉(xiāng)，技術具備全方位、全面性優(yōu)勢，因此可以豐富工程測繪信息，提供參考信息。

（三）時效性

工程施工期間，當周邊環(huán)境因素變化后，測量目標的測量也會改變，影響測繪結構的準確性，延長工程進度，但是激光雷達測繪技術可以避免不良問題。技術的時效性較高，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)實時定位測量目標，不管測量目標因素變化如何，均可以利用信號反射，通過計算機系統(tǒng)收集、處理，建立物理模型。與傳統(tǒng)測繪法相比，激光雷達測繪技術的靈敏度、時效性較高，能夠控制測量結果，降低環(huán)境影響。

四、激光雷達技術在工程測繪中的應用

（一）精密工程測繪的應用

多數(shù)復雜工程對測繪精度要求高，如沉降測量、考古、變形測量、工程測量等，對精密度要求高。上述工程要獲取精確數(shù)據(jù)，建立準確的立體模型。激光雷達測繪技術具備時效性、精準性要求，可以應用多功能測量法，收集多方位的信息。利用云數(shù)據(jù)，可以結合紋理信息、模型，整合為三維立體模型，確保測繪工程的質量。

（二）礦山與森林工業(yè)測繪的應用

信息化技術支持下，相應地完善了經濟建設體系，提高了生活水平，社會生產與生活對煤炭能源的需求度增高。煤礦開采規(guī)模持續(xù)擴大，然而卻未解決礦產能源短缺問題，反而加劇了環(huán)境破壞，對礦山可持續(xù)發(fā)展的影響較大。針對現(xiàn)有問題，相關部門要做好創(chuàng)新與改革工作，建設數(shù)字化礦山。應用激光雷達測繪技術，及時采集礦山信息，利用計算機系統(tǒng)整合、分析和處理，確保三維數(shù)字模型的針對性。在收集數(shù)據(jù)時要深入分析礦山的實際情況，優(yōu)化整合礦山模型、地面模型，密切監(jiān)測塌陷區(qū)域的損耗情況，預測礦山的潛在危害。在礦山測繪中，合理應用激光雷達測繪技術，為礦山開采提供有效信息模型。繪制礦山情況、生態(tài)環(huán)境，減少開采危險，處理資源短缺問題。由于礦山的不確定性因素多，派遣工程人員實地勘測會引發(fā)較多危險事故。所以在規(guī)劃勘測路線時，必須標注路標、路線、路障，保證各類信息的精確度，才可以順利開展勘探工作。在勘測工作中，需要借助無人機測量，獲取無人機飛行航跡，從而推導出目標坐標、原件尺寸。通過地面GPS基站、激光機載，利用測量數(shù)據(jù)、平差，明確飛機飛行軌跡。技術雷達系統(tǒng)以橢球面作為大地高程，當測量范圍較大時，則將地面表面作為平面，忽略誤差。疊加測繪信息、基礎物理模型，建立精細三維模型，順利實施礦山工程測量工作。在計算機系統(tǒng)中存儲礦山工程模型，并將其應用到其他工程中，可以為礦山開發(fā)、修繕、管理提供參考。

森林工業(yè)發(fā)展過程中，必須科學管理森林資源。在測繪森林時，由于資源面積大，種類多，對測繪工作的影響明顯，所以通過激光雷達測繪技術，能夠獲取森林資源信息。森林工業(yè)包括木材生產、林木加工，利用機載激光雷達，可以確保樹木高度、樹質、地形地貌、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的測量結果，使人員獲得準確資源信息，科學評價森林質量、生態(tài)環(huán)境，促進森林工業(yè)的發(fā)展。

（三）電力系統(tǒng)與管道的應用

地理因素非常復雜，致使電力傳輸、管道分布的復雜度高。在測繪工程中，合理應用激光雷達測繪技術，測量地理環(huán)境、管道線路、電力穿上區(qū)域。在布置城市管道、電力系統(tǒng)的監(jiān)控時，也要依賴激光雷達測繪技術。聯(lián)合激光雷達系統(tǒng)、數(shù)碼攝像機、傳感器，可以獲取準確數(shù)據(jù)信息，繪制準確線路圖。電力工程操作中，機載激光雷達技術的應用較多，首先要轉化數(shù)碼攝像、激光點云數(shù)據(jù)，從而形成數(shù)字模型，整合影像圖和模型，建立三維立體模型。電力工程設計人員要按照模型選擇最佳線路，應用機載激光雷達技術，定期巡查電力工作，保證電力線路使用的安全性。電力能源運輸期間，機載激光雷達技術按照電力管道線路，實時調整飛行線路，測繪成本低廉，能夠獲取準確的測量數(shù)據(jù)。在測量工作中，繪制電力傳輸路線，可以確保電力系統(tǒng)運行的安全性，并且提供穩(wěn)定能源供應。

在應用激光雷達測繪技術時，通過機載雷達掃描技術，能夠突破不良地理因素影響，因此電路多存在于建筑內部與地下，因此應用激光雷達測繪技術時，需要應用無人機、直升機測量，雷達系統(tǒng)起到輔助性作用。使用雷達系統(tǒng)勘測電力線路，可以減少測量偏移，避免對數(shù)據(jù)準確度產生影響。飛行設備沿著電力傳輸、管道傳輸走向、路線，能夠高效完成測繪工作，部分傳輸線路薄弱，所以要確保激光強度選擇的適宜性。為了維護采集效果，需要參考電力強弱調整發(fā)射激光強度。此外，飛行設備的飛行速度、高度也會對數(shù)據(jù)采集產生影響，因此在計算機數(shù)據(jù)分析、模型形成中必須深入分析不良影響因素，采取科學且有效的處理對策，以保證測繪數(shù)據(jù)的質量。在開展線路測繪工作時，要安裝數(shù)字相機、錄像機，既可以策劃數(shù)據(jù)，還可以檢查、維護電力傳輸線路，確保二者結合的完美度。線路測繪會面臨較多危險，因此必須提升精細度要求。在線路測繪工作中，要定期維護激光發(fā)射裝置、雷達裝置，減少設備問題所致數(shù)據(jù)偏差。合理應用激光雷達測繪技術，可以確保電力網(wǎng)管布置的科學性。

（四）基礎工程測繪的應用

在基礎測繪工作中，通過應用激光雷達測繪技術，可以確保工程建設質量?；A測繪，切割、反映測繪目標信息，形成初期測繪圖紙。在數(shù)字測量、攝影工作中，為了獲得準確的測繪數(shù)據(jù)，必須明確實際情況，確保測繪線路的合理性。在基礎測繪工作中，合理應用激光雷達測繪技術，可以保證影像、三維坐標的精度，簡化復雜的測繪環(huán)境。激光雷達測繪技術能夠完成基礎測繪工程，減少工程測繪成本。

（五）城市規(guī)劃建設的應用

社會經濟的高速發(fā)展加快了城市規(guī)劃進程，針對城市規(guī)劃工作，基于地理地形，以人工形式獲取信息，操作難度大，時效性不足，還會影響測繪準確度。因此，在規(guī)劃和建設工作中，要合理應用激光雷達測繪技術，以多種方式獲取信息，提升數(shù)字化城市的建設速度，保證數(shù)字影像的高精度。建立數(shù)字模型，享受多種資源信息，確保城市規(guī)劃與建設的有效性。

（六）數(shù)字化城市建設的應用

激光雷達測繪技術的應用，可以為數(shù)字化城市提供空間信息、數(shù)字影像數(shù)據(jù)，并且為城市三維模型建設提供數(shù)據(jù)。激光雷達測繪技術，多角度、全方位掃描工程項目，可以獲得準確的坐標數(shù)據(jù)、空間信息，建立城市三維模型。與傳統(tǒng)測繪技術相比，激光雷達測繪技術可以消除地理環(huán)境、成本的影響，加快數(shù)字化城市建設速度。

（七）數(shù)字高程建模

建筑工程施工發(fā)展中，逐漸出現(xiàn)了數(shù)字高程建模方式，可以確保工程施工的科學性。利用數(shù)字高程建模，施工企業(yè)可以明確分析施工過程的各項因素，如統(tǒng)計土方量，掌握地形通視度等。在建筑測繪工程中，合理應用激光雷達測繪技術，通過激光點收集工程區(qū)域的數(shù)據(jù)建立三維坐標，優(yōu)化整合數(shù)據(jù)信息，建立數(shù)字高程模型。通過此種方式，可以縮短高程建模速度，維護數(shù)字高程建模的準確性。

（八）水下地形測量

激光雷達系統(tǒng)應用不同波長的激光束，真實測量水下地形。應用激光雷達系統(tǒng)，借助紅光測量水面，利用藍綠光測量水底，利用光束的接收時間差，計算水的真實深度。通過激光雷達測繪技術，大面積測量水下地形。同時，在測量海道時，也可以應用激光雷達測繪技術，測量深度達到50m，海水水質清晰度不同，測量深度也不同，因此要水文、航道領域的應用比較多。

五、激光雷達測繪技術的應用注意事項

相比傳統(tǒng)測繪技術，激光雷達測繪技術的應用時間短，當技術應用不合理時，就會產生多種失誤。激光雷達測繪技術的應用，必須關注到各個注意事項。

（一）加強技術應用

激光雷達測繪技術屬于新型技術，要求操作人員學習技術內容與要點，既要掌握設備操作方法，明確操作步驟與技能，還要學習理論知識，了解技術應用的不良問題，規(guī)范操作方法與技術措施。定期組織施工單位開展知識教育、技能培訓等工作，充分講解必要的理論知識，做好實踐鍛煉，正常開展工程測繪工作。

（二）注重測繪設備的檢修與維護

在應用激光雷達測繪技術之前，必須保證測繪設備等基礎設施完善。當測繪設備出現(xiàn)不良問題時，則會對激光雷達測繪技術的應用效果產生影響，降低施工效率。激光雷達測繪技術的應用，必須定期檢修、維護測繪設備，制定詳細的設備保養(yǎng)方案，確保測繪設備始終處于良好運行狀態(tài)，降低設備對測繪工作的影響。

六、工程測繪的案例分析

（一）作用距離量測

將建筑工程作為測量的目標，能見度達到5km，以視激光雷達實現(xiàn)目標成像。通過成像的最遠目標距離，作為下視激光雷達的成像距離，見表1。

（二）掃描均勻性量測

在三維地形回測掃描成像中，機載激光雷達技術可以采用掃描體質法。雖然掃描均勻性的合理性很少對目標角度量測產生影響，然而掃描均勻性可以反映出采樣點、地形輪廓等。機載三維地形掃描法需要應用激光雷達成像原理，按照測量目標的距離信息，采用插值法處理圖像，之后形成目標三維圖像。采樣點的均勻度對信息與激光圖像的貢獻度影響大，采樣點的均勻度越高，則信息利用率越高。在實驗操作中，通過掃描均勻性測試設備，量測激光雷達的光束描述均勻性指標。機載激光雷達發(fā)射的激光，可以照射到標準反射板上，通過掃描均勻性設備，可以實現(xiàn)光斑城鄉(xiāng)，利用軟件校正處理激光鏡頭、波長、能量，主動識別光斑圖像，計算光斑均勻性。地面模擬成像設備上，安裝適宜的機載激光雷達系統(tǒng)，可以實現(xiàn)二維掃描，獲得建筑體、山體等三維數(shù)據(jù)，之后達到均勻性掃描成像目標。使用專用量測設備可以獲取三維圖像，以圖像方式呈現(xiàn)出來，檢驗激光雷達對目標的成像能力。

七、結語

綜上所述，測繪技術的現(xiàn)代化發(fā)展出現(xiàn)了激光雷達測繪技術，具備全面性、時效性、精確度等優(yōu)勢，因此廣泛應用到工程測繪中。合理應用激光雷達測繪技術，要明確技術參數(shù)，保證測繪工作的準確性。合理應用激光雷達測繪技術，確保測繪人員熟練操作測繪流程與步驟，從而降低工程測繪成本，簡化操作細節(jié)，獲得準確的測量數(shù)據(jù)。激光雷達技術的快速發(fā)展，使得多個領域都開始應用技術措施，從根本上促進了工程測繪領域的發(fā)展。

參考文獻

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作者單位：重慶市勘測院