工程測繪中激光雷達測繪的應用分析

　　1、引言

　　隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展， LIDAR技術(shù)日益受到人們的普遍關(guān)注。通過(guò)此項技術(shù)可以成功獲取空間三維信息，且獲取數據信號信息的方法簡(jiǎn)單、快速，方便使用。為此，在我國工程測繪領(lǐng)域中常常使用LIDAR技術(shù)來(lái)獲取數字高程模型，并對一些精密工程進(jìn)行測量。目前，LIDAR技術(shù)的應用范圍越來(lái)越廣、應用效果越來(lái)越得到了人們的認可。

　　2、激光雷達的分類(lèi)與工作原理

　　人們對激光雷達的分類(lèi)一般是依據激光器與探測技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，也可以根據雷達功能給予分類(lèi)。人類(lèi)在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)明了多種激光器，目前市場(chǎng)上激光器的種類(lèi)比較多，比如：CO2激光器與氦-氖激光器等。依照探測技術(shù)，可以將激光雷達分成2種類(lèi)型，即直接探測型與相干探測型。依據功能來(lái)劃分，則可以分成跟蹤、目標識別、流速測量、成像雷達與振動(dòng)傳感等多種雷達。激光雷達的工作原理跟無(wú)線(xiàn)電雷達的基本一樣，均依賴(lài)于所使用的探測技術(shù)。

　　激光雷達在工作時(shí)，先由激光發(fā)射系統發(fā)出信號，經(jīng)過(guò)目標反射以后直接被信號接收系統所收集，這樣就可將激光信號往返傳播的時(shí)間測量出來(lái)，從而確定所測目標之距離。對于所測目標之徑向速度，我們可通過(guò)反射光之多普勒頻移進(jìn)行確定，通過(guò)測量出2個(gè)或者2個(gè)以上的距離，則可以準確計算出目標變化率，從而獲取有效目標速度。

　　3、激光雷達技術(shù)在工程測繪中的應用

　　3.1準確快速獲得數字高程模型

　　通過(guò)激光雷達技術(shù)可以獲取“兩高”（即密度高與精度高）的數據產(chǎn)品，這種激光點(diǎn)云數據可以如實(shí)地反映出各點(diǎn)位間的三維坐標。因為激光點(diǎn)的密度大且數目比較多，這就可以讓我們在實(shí)踐中生產(chǎn)出一種精度高并且分辨率也高的數字高程模型（DEM）。為此，我們可以通過(guò)激光雷達技術(shù)對一些數據要求比較高的產(chǎn)品進(jìn)行快速測量，以滿(mǎn)足社會(huì )各行各業(yè)對數字高程的實(shí)際需要。

　　3.2基礎測繪的實(shí)施　

       DOM（數字正射影像）、DLG（數字線(xiàn)劃地圖）與DRG（數字柵格地圖）是工程基礎測繪中的常見(jiàn)產(chǎn)品。其中，DOM與DLG這2種產(chǎn)品在日常生產(chǎn)實(shí)踐中離不開(kāi)高精度的三維信息及其支持。比如，DOM這種產(chǎn)品，它是在數字高程模型給予一些精確的地形信息的支持下，然后通過(guò)對數字進(jìn)行微分才糾正得到的。假如無(wú)真實(shí)、可靠性強的數字高程模型資料，則傳統生產(chǎn)出來(lái)的數字正射影像方法要通過(guò)運用數字攝影測量等方法才能順利完成。而通過(guò)遙感圖像的處理系統就可以順利實(shí)現數字信息產(chǎn)品規?；纳a(chǎn)。同時(shí)，這些精度高的激光點(diǎn)云數據是可以直觀(guān)形象地反映出植被與地物之間的各種三維信息，運用此類(lèi)的數據資源，則數字線(xiàn)劃地圖就可準確判讀與測量地形地物地貌，采集數據也就更容易了。

　　3.3精密工程測量

　　在實(shí)際中，一些精密的工程測量均是需要大量采集測量目標（高精度三維坐標信息），有時(shí)也需要為其建立起一種精確度高的三維物體模型。例如：在電力選線(xiàn)、礦山與隧道、水文與沉降等各種行業(yè)的工程測量中，要求精密度比較高。而運用激光雷達技術(shù)，則可以較好地解決上述實(shí)際工程測量精密度高的問(wèn)題。運用數碼像片所獲得的一些紋理信息，以及通過(guò)構筑物的模型進(jìn)行疊加而建立起來(lái)的三維模型，常常運用在工程景觀(guān)的分析與規劃，以及形變量測與物體保護中。

　　激光雷達技術(shù)可以提供給公路設計以及鐵路設計精度極高的基于地面的高程模型，從而方便對這些工程線(xiàn)路的設計與施工進(jìn)行更加準確的計算。在設計電力線(xiàn)路的時(shí)候，運用激光雷達得到的各種成果數據，能夠全面了解與掌握電力線(xiàn)路需要設立的一些公共區域，及其區域內地形與地物的實(shí)際情況。在一些樹(shù)木密集的地區，通過(guò)激光雷達技術(shù)可以方便估算出所需要開(kāi)采樹(shù)木的大概面積與木材量。運用激光雷達技術(shù)還可以為電力線(xiàn)搶修與維護提供很大的方便，依照在電力線(xiàn)路上的那些激光雷達數據點(diǎn)，及與之對應的一些裸露點(diǎn)（地面）高程，能夠較好地測量計算出每一個(gè)線(xiàn)路與地面之間的高度，從而便于工人搶修與維護電力線(xiàn)。

　　3.4數字城市建設

　　隨著(zhù)當前我國城鎮化建設的大力推進(jìn)，一些城市正朝著(zhù)數字城市信息化目標方向前進(jìn)。而空間信息就是打造數字城市之重要的框架與平臺，也是建立數字城市之核心環(huán)節。激光雷達技術(shù)則能夠獲得一系列分辨率極高、且精讀性極高的地面模型（數字），進(jìn)而可以為數字城市建設提供一些非常寶貴的空間信息資源。為此，激光雷達技術(shù)可以說(shuō)是當前城市建設之核心技術(shù)。

　　與此同時(shí)，在建設數字城市進(jìn)程中需要構建出精度高、真實(shí)感比較突出的城市三維模型，這種三維模型主要是當作管理數字城市的一種虛擬平臺。然而，運用傳統的測量技術(shù)，構建城市三維建模，其工作量非常大，任務(wù)極其繁重，工作效率又非常低，顯然得到的效果是不好的，在很大程度上直接影響了數字城市服務(wù)面的深度。在工程實(shí)踐中，人們發(fā)現運用激光雷達技術(shù)可以在空中或地面通過(guò)激光多角度掃描地面的建筑物，從而能夠快速、準確獲知所測量目標的三維點(diǎn)（高密度且高精度）的空間坐標，然后再借助計算機軟件，可以較好地對點(diǎn)云數據實(shí)施模型建構與紋理的映射，甚至可以全方位地構建出面積比較大的數字城市的三維模型；同時(shí)還能夠實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地更新三維模型，從而為我們數字城市的建設提供一些可靠的、持續的、真實(shí)的基礎性數據源。

　　3.5水下地形測量

　　一些激光雷達系統是運用了2種波長(cháng)不同的激光束，有益于對水下地形的真實(shí)測量。例如，通過(guò)激光雷達系統可以運用紅光或者紅外光對水面進(jìn)行測量，還可以運用藍綠光通過(guò)穿透水面的方式來(lái)測量水底，接著(zhù)運用2光束（約等于）的接收時(shí)間差來(lái)進(jìn)一步計算出水的真實(shí)深度。所以，能夠運用激光雷達技術(shù)對水下地形進(jìn)行大面積的測量。此外，可以運用激光雷達技術(shù)對海道進(jìn)行測量，其測量海水的深度最高可達50m，這個(gè)測量深度是隨著(zhù)海水水質(zhì)的清晰度有一定的所變化，普遍受到航道與水文等多種行業(yè)的歡迎。

　　3.6其他方面的應用

　　激光雷達技術(shù)可以結合其他一種或多種定位技術(shù)，可以實(shí)時(shí)、高精度的獲得范圍很廣的DEM，從而更加直接獲得實(shí)際、客觀(guān)的地表三維信息，為此可以運用在堤壩及隧道等一些復雜項目的目標跟蹤以及監測中。比如，激光雷達技術(shù)結合GIS技術(shù)，能夠快速準確測定堆積物容積，可以運用于一些工程的開(kāi)挖，還能夠應于于智能交通建設與管理、城市規劃設計、通訊網(wǎng)絡(luò )工程的布設等其他方面。

　　4、結論

　　激光雷達技術(shù)可以快速、準確、方便地獲得一些三維空間信息，因此與其它經(jīng)典測量技術(shù)相比，更具先進(jìn)性與可行性。尤其對于工程測繪領(lǐng)域而言，隨著(zhù)激光雷達技術(shù)的加速度發(fā)展，以及人們對各種三維控制信息的需求不斷增加，激光雷達技術(shù)定會(huì )在其他科學(xué)技術(shù)手段的支持與配合下，成為采集三維空間數據信息的“高手”。相信，隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展以及高新科技的開(kāi)發(fā)與應用，激光雷達技術(shù)會(huì )變得更加成熟、獲取的三維信息數據的精度會(huì )更高、速度會(huì )更快，其發(fā)展與應用空間會(huì )更加廣闊，一定會(huì )在工程測繪領(lǐng)域中作出更大的貢獻。

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