黃琳　郭朋良

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，激光雷達(dá)已經(jīng)應(yīng)用到工程測(cè)量的前沿工作中，實(shí)踐證明激光雷達(dá)能夠提高工程測(cè)量的精度和作業(yè)效率，使工程測(cè)量工作變得更加簡(jiǎn)便，從側(cè)面促進(jìn)了建設(shè)各行業(yè)的的良好發(fā)展。為了繼續(xù)在工程測(cè)量中發(fā)揮出激光雷達(dá)的作用，滿足人們?cè)絹?lái)越高標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量需求，本文就激光雷達(dá)技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用策略做出幾點(diǎn)分析，希望能為工程測(cè)量領(lǐng)域的技術(shù)提高提供參考。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)量；激光雷達(dá)；測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)： TV221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）15-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.009

Application of lidar mapping technology in engineering surveying and mapping

HUANG Lin1 GUO Peng-liang2

（1.Henan Yellow River Survey Information Engineering Institute Zhengzhou Henan 450000；

2.Henan Water Survey Co.， Ltd. Zhengzhou Henan 450000）

【Abstract】With the development of science and technology and the progress of the times， the application of laser radar has already entered the frontier work of Engineering Surveying and mapping. The practice has proved that the laser radar has rapidly improved the accuracy and efficiency of Engineering Surveying and mapping， making the work of Surveying and mapping more convenient and promoting the good development of the construction career from the side. . In order to continue to play the role of laser radar in engineering surveying and mapping， meet people's increasing standards of building demand， this paper makes some analysis on the application strategy of laser radar technology in the work， hoping to provide reference for the improvement of Engineering Surveying and mapping industry.

【Key words】Engineering surveying and mapping； Lidar； Application of Surveying and mapping technology

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域都有了質(zhì)的飛躍，這也對(duì)我國(guó)工程測(cè)量提出了更高的要求。近年來(lái)，工程測(cè)量在測(cè)量精度和應(yīng)用范圍上都有了顯著的技術(shù)提升，在實(shí)際工作中能夠更準(zhǔn)確、直觀的獲取空間位置。但部分工程測(cè)量中仍采用傳統(tǒng)技術(shù)，并不能滿足現(xiàn)代高精度的工程測(cè)量工作，因此要加強(qiáng)激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，利用GPS定位提供更準(zhǔn)確的位置信息，受天氣等外界因素影響小，比傳統(tǒng)的攝影測(cè)量、工程測(cè)量有著顯著的優(yōu)勢(shì)，激光雷達(dá)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，是推動(dòng)我國(guó)工程測(cè)量行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要新技術(shù)。

1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的概述

（1）激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的概念分析

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，這種組合型測(cè)繪技術(shù)是近年來(lái)廣泛推行的高效測(cè)繪方法，其工作原理和微波類(lèi)型的雷達(dá)比較相近，都是采用傳感器發(fā)射探測(cè)光束傳播后，由接收器反射成為電信號(hào)，在將激光束發(fā)射的時(shí)間和接收時(shí)間進(jìn)行記錄，通過(guò)電磁波承載信號(hào)進(jìn)行互相傳遞，進(jìn)而對(duì)于測(cè)量目標(biāo)描述具體位置和具體形態(tài)。在激光雷達(dá)的實(shí)際測(cè)量過(guò)程中能夠非常精準(zhǔn)的檢測(cè)到測(cè)量目標(biāo)的方位、距離、高度、形態(tài)等數(shù)據(jù)信息，誤差很小，同時(shí)再結(jié)合GPS和INS技術(shù)共同發(fā)揮作用，完善測(cè)繪工作[1]。

激光雷達(dá)技術(shù)在經(jīng)歷了多次變革后，在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能方面都有了顯著地提升，從安裝平臺(tái)上來(lái)看有機(jī)載、地面、艦載等幾種，屬于載動(dòng)激光雷達(dá)，通過(guò)三維空間的變換來(lái)測(cè)量目標(biāo)的三個(gè)坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)信息上有很大的發(fā)展空間，增強(qiáng)了方位配置、俯仰和自動(dòng)追蹤的功能，是常用的激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)。從功能上來(lái)看有靶場(chǎng)、火控、導(dǎo)彈等，根據(jù)測(cè)繪任務(wù)的不同類(lèi)型分成障礙物回避類(lèi)型激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)等。

目前激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的測(cè)繪方式和測(cè)繪設(shè)備都呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)微波雷達(dá)、紅外設(shè)備、可見(jiàn)光電視等的運(yùn)用十分廣泛，通過(guò)增強(qiáng)發(fā)射部件、信息處理系統(tǒng)、操控終端的科技水平，加強(qiáng)了測(cè)繪過(guò)程的檢測(cè)范圍、搜尋范圍，自動(dòng)化水平和數(shù)據(jù)精密度都隨著測(cè)繪技巧的組合使用得到顯著加強(qiáng)，推動(dòng)了我國(guó)工程測(cè)量行業(yè)的發(fā)展[2]。

2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的具體工作

目前激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)主要分成三類(lèi)。第一種是空間掃描技術(shù)，通常分為掃描體制和非掃描體制，激光掃描技術(shù)是在社會(huì)和軍事中獲取三位地理信息的主要途徑，通過(guò)掃描目標(biāo)圖樣進(jìn)行國(guó)家的城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)、水利工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，對(duì)國(guó)家城市和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有很大的幫助，在防震減災(zāi)和交通通訊上也為人民生活帶來(lái)許多便利之處。

第二種激光發(fā)射機(jī)技術(shù)，是依靠半導(dǎo)體激光器、二氧化碳激光器等發(fā)射光脈沖打在物體上并反射回來(lái)，通過(guò)接收到的信息來(lái)測(cè)量目標(biāo)距離角度、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)，在低空直升機(jī)、化學(xué)生物探測(cè)、和水下探測(cè)中發(fā)展更加成熟，更多的運(yùn)用于軍事方面。它有著高速度、高性能、長(zhǎng)距離的特征，能提供更多目標(biāo)性能數(shù)據(jù)，例如水下的機(jī)載激光雷達(dá)，最大的特點(diǎn)就是可以水下目標(biāo)成像，這對(duì)于水下檢測(cè)海深地形、海岸侵蝕等數(shù)據(jù)有著非常大的優(yōu)勢(shì)。

第三種是高靈敏度的信息接受技術(shù)，是由光學(xué)探測(cè)器和回波理電路等組成，需要對(duì)各個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、掃描儀、激光器等收集來(lái)的信息進(jìn)行匯聚、光電轉(zhuǎn)變、放大檢測(cè)等，既要完成對(duì)目標(biāo)的三維圖像數(shù)據(jù)處理，還要修正圖像性的非線性掃描、回波信號(hào)幅度、圖像顯示燈高速運(yùn)算，是激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)里最重要的環(huán)節(jié)，常需要大規(guī)模的集成電路和高科技計(jì)算機(jī)互相協(xié)助完成[3]。

3 激光雷達(dá)在工程測(cè)量中的具體應(yīng)用

（1）基礎(chǔ)測(cè)繪的應(yīng)用

基礎(chǔ)測(cè)繪是工程測(cè)量工作中最基本的要求，通常情況下是通過(guò)GPS等三維測(cè)繪方式來(lái)收集和整理測(cè)量目標(biāo)的基本信息，有效定位目標(biāo)的三維坐標(biāo)，完成測(cè)繪任務(wù)。測(cè)繪是一項(xiàng)需要高度集中的專(zhuān)業(yè)性和復(fù)雜性都很強(qiáng)的高難度工作，所以為了保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和正式性，工作人員必須嚴(yán)格的按照測(cè)繪的規(guī)定方法，通過(guò)收集到的三維數(shù)據(jù)合成數(shù)字影像并對(duì)其進(jìn)行分析。因此在基礎(chǔ)測(cè)繪的過(guò)程中，使用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)能夠大大提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，能讓測(cè)繪工作的結(jié)果更加真實(shí)可靠，減少了工作的失誤成本，通過(guò)激光雷達(dá)技術(shù)有效精準(zhǔn)的反應(yīng)目標(biāo)信息而節(jié)約了工作時(shí)間，讓后續(xù)工程活動(dòng)的開(kāi)展更加順利。

（2）精密工程測(cè)量中的應(yīng)用

在開(kāi)展高精度工程測(cè)量的過(guò)程中，為了保證測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量，同樣需要技術(shù)人員采用激光雷達(dá)技術(shù)的輔助。例如在水文測(cè)量、電力選線過(guò)程、文物考古作業(yè)中都需要目標(biāo)的三維坐標(biāo)和三維模型的數(shù)據(jù)，尤其是在地底和水下的實(shí)地勘測(cè)中，傳統(tǒng)的測(cè)繪設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足作業(yè)要求，激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)能夠在嚴(yán)苛的地形條件情況下獲取更多測(cè)量目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息。在鐵路設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)就可以全面的獲取整個(gè)鐵路工程線路的信息，以及公共區(qū)域的地形要素勘測(cè)，能夠精準(zhǔn)的測(cè)繪處各個(gè)地段之間的數(shù)值和距離大小，幫助后期作業(yè)落實(shí)高程模型，這樣可以更好地設(shè)計(jì)鐵路路線，施工方案也更加完善。在設(shè)計(jì)電力選線的過(guò)程，也可以借助激光雷達(dá)數(shù)據(jù)全面了解線路布局，在維護(hù)搶修的過(guò)程中能夠根據(jù)激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)合地面裸露的高程，計(jì)算任意線路和地面的距離，特別是在樹(shù)木密集區(qū)，激光雷達(dá)的測(cè)繪效果更加精準(zhǔn)，使維護(hù)搶修工作能更加便利。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)相較其他的傳統(tǒng)測(cè)繪方法，更加靈活多變，能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，有效測(cè)量目標(biāo)的區(qū)域范圍和三維立體參數(shù)，使工程的開(kāi)展能夠減少不必要的失誤。

（3）數(shù)字礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

目前我國(guó)對(duì)自然資源的開(kāi)采情況過(guò)高，各地區(qū)礦山面臨著資源衰竭、周?chē)h(huán)境破壞等惡劣情況，對(duì)開(kāi)采工作帶來(lái)更大難度的同時(shí)，也使礦山行業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)資源的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的綠色平衡，建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)社會(huì)，激光雷達(dá)技術(shù)在礦山工程中的測(cè)繪應(yīng)用必不可少。通過(guò)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)能夠全面的對(duì)礦山進(jìn)行勘測(cè)，迅速并準(zhǔn)確的提取礦山周?chē)貐^(qū)的地形地貌，構(gòu)成地面模型來(lái)幫助開(kāi)采工程能更好地規(guī)劃開(kāi)采區(qū)域，使數(shù)字礦山工程在開(kāi)展中合理的考慮地形特征和資源的分布情況，保護(hù)生態(tài)的平衡，減少資源浪費(fèi)。并且激光雷達(dá)測(cè)繪過(guò)程中還能對(duì)開(kāi)采工作遇到的意外情況進(jìn)行規(guī)避，例如地質(zhì)脆弱的易崩塌地區(qū)、滑坡泥石流等易沉陷區(qū)域，這些地質(zhì)隱患問(wèn)題在開(kāi)采過(guò)程中都能合理避免，減少人員和建筑物的損害，使礦山經(jīng)營(yíng)和開(kāi)采工作能夠順利展開(kāi)。

（4）電力傳輸和管道分布

電力系統(tǒng)是人民生活和各單位企業(yè)發(fā)展所必須的資源，在高樓林立、地形復(fù)雜的城市之中想要合理的規(guī)劃電力傳輸線路自然離不開(kāi)激光雷達(dá)的測(cè)繪技術(shù)。對(duì)于傳輸線路的測(cè)量可以采用直升機(jī)平臺(tái)的機(jī)載測(cè)繪方式，利用直升機(jī)在城市中巡視激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)獲取城市數(shù)據(jù)和管道分布情況，也可結(jié)合數(shù)碼相片技術(shù)將激光雷達(dá)的信息與建筑物模型相結(jié)合，同步開(kāi)展線路檢查與城市制圖的工作，進(jìn)一步完善電力系統(tǒng)與管道分布的規(guī)劃工作，對(duì)其分析、保護(hù)、維修等方面都能提供便利，提高電力與管道建設(shè)方面的工作效率。

（5）森林工業(yè)領(lǐng)域的測(cè)繪應(yīng)用

森林工業(yè)的發(fā)展由于自身的規(guī)模極廣、數(shù)據(jù)量偏大的特點(diǎn)而難以精準(zhǔn)的進(jìn)行規(guī)劃工作，往往需要很長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)繪和調(diào)查準(zhǔn)備，為工程的及時(shí)開(kāi)展帶來(lái)不便因素。在現(xiàn)代社會(huì)強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的要求下，需要更加精準(zhǔn)的勘測(cè)森林工業(yè)的發(fā)展區(qū)域和土地資源的分布情況，如果采用衛(wèi)星成像等傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)則無(wú)法獲取這么精準(zhǔn)的地形數(shù)據(jù)、植被結(jié)構(gòu)以及野生動(dòng)物棲息特性。使用新型的激光雷達(dá)復(fù)合技術(shù)，可以準(zhǔn)確的測(cè)量森林中各地區(qū)的樹(shù)木的疏密程度，分析植被的覆蓋率和覆蓋面積，精準(zhǔn)的繪制樹(shù)冠以下被遮擋的地表情況和大范圍的地形結(jié)構(gòu)，使測(cè)繪人員能夠根據(jù)準(zhǔn)確的高程數(shù)據(jù)制定最佳路線和最佳施工區(qū)域，大大節(jié)省了測(cè)繪制圖的人力物力，加快工程的開(kāi)展進(jìn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，伴隨著人們對(duì)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)認(rèn)識(shí)的加深，科技的發(fā)展進(jìn)步讓激光雷達(dá)技術(shù)有了越來(lái)越多可以應(yīng)用的范圍，眾多科研人員仍不懈努力的完善激光雷達(dá)技術(shù)的信息處理技術(shù)。在工程測(cè)量的發(fā)展中，激光雷達(dá)技術(shù)的性能可以提取更多更精準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)，顯著提升測(cè)繪精度，已經(jīng)成為了測(cè)繪工作未來(lái)發(fā)展的熱門(mén)趨勢(shì)。因此在未來(lái)的行業(yè)發(fā)展中，需要技術(shù)人員充分重視激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用，改變傳統(tǒng)的工程測(cè)量理念，要秉持多角度、多方面的專(zhuān)業(yè)態(tài)度來(lái)看待激光雷達(dá)的應(yīng)用問(wèn)題，在實(shí)踐中加大激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用，讓激光雷達(dá)與工程測(cè)量的結(jié)合機(jī)制更加成熟完善，使激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)成功應(yīng)用在工程測(cè)量之中，推動(dòng)工程測(cè)量行業(yè)的快速發(fā)展。

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