■文豪 王滿（重慶市勘測(cè)院重慶400020）

工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用分析

■文豪 王滿
（重慶市勘測(cè)院重慶400020）

激光雷達(dá)是一種高配置高原理集成機(jī)制，是現(xiàn)在常用的數(shù)碼測(cè)繪手段。本文主要分析了激光雷達(dá)的工作原理，以及其在工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用。

激光雷達(dá) 工程測(cè)繪 應(yīng)用

1　前言

激光雷達(dá)技術(shù)作為一種現(xiàn)代經(jīng)典的數(shù)碼測(cè)繪手段，其結(jié)合了多種高新技術(shù)，即為慣性測(cè)量技術(shù)、GPS技術(shù)以及激光系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠在很短時(shí)間內(nèi)繪制出以大型實(shí)體坐標(biāo)為基礎(chǔ)的三維數(shù)據(jù)模型，從而真實(shí)地展現(xiàn)出所測(cè)繪的內(nèi)容，保證了空間信息的真實(shí)性及時(shí)性。

2　激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的工作原理

通過(guò)激光開(kāi)展距離量測(cè)工作，能夠大大保證數(shù)據(jù)采集的有效性、安全性以及抗干擾能力。機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)是現(xiàn)在常用的激光雷達(dá)測(cè)繪手段，現(xiàn)就其在測(cè)高方面的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析：使用激光設(shè)備對(duì)物體進(jìn)行照射，使激光可以射至該物體的表面，一部分激光會(huì)被物體吸收，另一部分則會(huì)反射回去，之后利用接收裝置接收反射回來(lái)的激光。現(xiàn)假設(shè)激光由激光設(shè)備射出，一直到激光被接收設(shè)備接收的間隔時(shí)間為2t，則可以得到公式，其中d代表的是距離，c表示的是光速，t表示的是時(shí)間。通過(guò)結(jié)合使用激光雷達(dá)技術(shù)以及GPS技術(shù)，可以獲取激光設(shè)備的具體坐標(biāo)信息，進(jìn)而獲取激光方向信息，再通過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算能夠得到各激光點(diǎn)的具體大地坐標(biāo)，即為X、Y、Z，集結(jié)大量的激光點(diǎn)能夠得到激光點(diǎn)云，再通過(guò)不斷的集結(jié)可以組成點(diǎn)云圖像。測(cè)繪人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整激光束的實(shí)際發(fā)射頻率?，F(xiàn)假設(shè)激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)的激光束發(fā)射頻率調(diào)整至每秒一萬(wàn)次脈沖，則系統(tǒng)的接收設(shè)備能夠于一分鐘內(nèi)獲取60萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。在利用激光設(shè)備發(fā)射激光束時(shí)，由于激光束具有多個(gè)脈沖，而脈沖不一定全只射擊到某一個(gè)位置，這樣會(huì)得到多組X、Y、Z坐標(biāo)，比如說(shuō)在使用激光束射擊預(yù)定的樹(shù)冠頂端時(shí)，則脈沖或許會(huì)先射擊到樹(shù)冠頂端，之后一部分或許會(huì)是會(huì)涉及到樹(shù)干，也可能會(huì)射擊到地面，在激光接收設(shè)備接收到所返回的激光之后，即能夠獲取多組具有分層表示價(jià)值的坐標(biāo)點(diǎn)記錄。測(cè)繪人員可以利用激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)的該功能，通過(guò)分類以及濾波處理手段，在很短時(shí)間內(nèi)得到地面高程,或者是建筑高度等需要的高程信息。通過(guò)機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)開(kāi)展高程測(cè)量，基于航高的各異，可以獲取的平面精度大約在0.15～1m之間，能夠得到的高程精度大約為10～30厘米左右。

3　基于工程實(shí)例分析激光雷達(dá)的具體應(yīng)用

某鐵路項(xiàng)目現(xiàn)需在山嶺地區(qū)修筑，該地區(qū)的高度超最高達(dá)到了一千米，現(xiàn)通過(guò)LeicaALS60機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量裝置開(kāi)展測(cè)繪工作。選擇運(yùn)5固定翼飛機(jī)作為飛行平臺(tái)，并將點(diǎn)云平均點(diǎn)間距控制在了0.7～1.0m之間，確定航線寬度為兩千米，整個(gè)航線里程超過(guò)兩千多米，整個(gè)航飛面積達(dá)到了l800km2。

由于該山嶺地區(qū)的植被覆蓋有稀疏與茂密之分，這導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)不能真實(shí)的反映出該山嶺地帶的真實(shí)地形特征，也就不能獲取正確的斷面?，F(xiàn)使用同一設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)繪制3月份以及7月份的點(diǎn)云圖，具體可見(jiàn)下圖1。其中3月份該山嶺地帶的植被覆蓋相對(duì)稀疏，而七月份則非常濃密。由圖1可以得知，3月份機(jī)載激光雷達(dá)的穿透率高達(dá)百分之五十，7月份的穿透率只有百分之十五，所以應(yīng)合理確定航飛季節(jié)，保證獲取數(shù)據(jù)的有效性。

利用機(jī)載激光雷達(dá)設(shè)備對(duì)該地區(qū)的不同區(qū)域橫斷面進(jìn)行測(cè)繪，其中裸露地表的測(cè)繪結(jié)果可見(jiàn)下圖2。在對(duì)地面裸露區(qū)域進(jìn)行外業(yè)作業(yè)時(shí)，由于樁高程可以和激光雷達(dá)高程配準(zhǔn)，所以可以得到較高的精度。同時(shí)盡管地形突變LIDAR點(diǎn)的可能會(huì)出現(xiàn)分類錯(cuò)誤，或者是缺少等情況，但只要通過(guò)仔細(xì)的檢查以及分析，即可以得到較好的結(jié)果；在對(duì)植被茂密區(qū)域進(jìn)行外業(yè)作業(yè)時(shí)，由于該地形的復(fù)雜性較強(qiáng)，只有少部分激光點(diǎn)可以落在地面上，所以不能得到精準(zhǔn)的擬合地形表面，具體可見(jiàn)下圖3。由于地面上只有少數(shù)的高程點(diǎn)，極易導(dǎo)致外業(yè)中樁高程出現(xiàn)較大的誤差。

在處理植被較為茂密區(qū)域的測(cè)繪地形橫斷面時(shí)，可根據(jù)不同的情況，使用不同的處理方法：如果點(diǎn)云主要照射于灌木叢頂部，則可以將灌木叢頂部視為一個(gè)和地面平行的平面，把于灌木叢頂部所收集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)看做是地面店，通過(guò)對(duì)地面以及灌木叢頂部的高差進(jìn)行平移以及修正之后即能夠得到橫斷面以及地形圖。若是地形圖或者是橫斷面區(qū)域全部為茂盛植被，同時(shí)點(diǎn)云的分散情況較為離散，如果地面點(diǎn)的數(shù)量較為，則可以通過(guò)分類地面點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)建模。

4　結(jié)語(yǔ)

不同于傳統(tǒng)的測(cè)繪手段，激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)更為便捷。但由于激光雷達(dá)會(huì)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)出現(xiàn)的時(shí)間還較晚，還存在很多的不足之處，尚未得到充分的開(kāi)發(fā)，所以還需要對(duì)激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)更深入的了解、挖掘，使其作用可以得到充分發(fā)揮，使我國(guó)工程測(cè)繪方法更為豐富。

[1]王晶,馬思明.地形測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)研究 [J].黑龍江科技信息,2013(21).

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～168～1