馬宏志

（四川省地質(zhì)測(cè)繪院，四川 成都 610000）

0 前言

近些年來(lái)，我國(guó)工程建筑、國(guó)防、航空等事業(yè)取得了巨大的突破，這些領(lǐng)域的工程項(xiàng)目對(duì)測(cè)繪精度的要求普遍較高，過(guò)去的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)無(wú)法跟上時(shí)代發(fā)展，于是人們開(kāi)始探索更加先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)就是其中的典型代表，其優(yōu)勢(shì)在于高測(cè)繪效率和精確性，探究激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用對(duì)于我國(guó)工程測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)概述

1.1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的概念

激發(fā)雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)即是指將電磁波信號(hào)發(fā)射向被測(cè)地點(diǎn)，對(duì)反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收，將其與原信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，以此掌握被測(cè)目標(biāo)的位置、高度、距離以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，從而達(dá)到對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤或是勘測(cè)的目標(biāo)。和傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以同時(shí)獲得被測(cè)目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)，將其和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用可以即時(shí)構(gòu)建其數(shù)字模型系，大幅度提升工程測(cè)繪的效率、精確度。同時(shí)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)還可以和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，用于自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防控。此外，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程建設(shè)、交通管理以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域也有所涉及，可見(jiàn)其應(yīng)用范圍十分廣泛。

1.2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的工作原理分析

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中是通過(guò)傳感器發(fā)射出高速傳播的激光束，之后利用接收器對(duì)地面或是物體反射后的信號(hào)進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)記錄光束發(fā)射到接收之間的時(shí)間間隔，代入到公式R=c（光速）t（時(shí)間）/2中，就可以對(duì)激光器距離地面的垂直長(zhǎng)度進(jìn)行明確。使用掃描儀向地表持續(xù)發(fā)射激光波束，并接收地表發(fā)射回來(lái)的激光束，結(jié)合飛行器飛行的方向?qū)す獍l(fā)射束的具體位置和形態(tài)進(jìn)行記錄，最后通過(guò)一定的計(jì)算獲得具體空間位置。

1.3 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的具體分類

一般情況下，可以將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具體分成兩類，分別是地面三維激光掃描技術(shù)和機(jī)載雷達(dá)掃描技術(shù)。

地面三維激光掃描技術(shù)需要使用到的工具包括掃描儀、數(shù)碼相機(jī)以及定位系統(tǒng)，具體工程程序?yàn)閷?duì)被測(cè)物體進(jìn)行的掃描拍攝，之后利用三維數(shù)字系統(tǒng)對(duì)獲得的影像資料和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。

機(jī)載雷達(dá)掃描技術(shù)需要使用的工具主要包括高精度激光儀器、定位設(shè)備以及數(shù)碼相機(jī)，其優(yōu)勢(shì)在于可以進(jìn)行同步測(cè)量，支持遠(yuǎn)距離測(cè)量。

2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用分析

2.1 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在基礎(chǔ)測(cè)繪中的應(yīng)用

工程基礎(chǔ)測(cè)繪即是對(duì)測(cè)繪對(duì)象的基本信息進(jìn)行全面完整的采集整理，這一階段工作的主要內(nèi)容包括地圖測(cè)制、數(shù)字影像資料收集等。在工程測(cè)繪工作中，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是一項(xiàng)復(fù)雜性較高的工作，為了避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須設(shè)計(jì)完善的測(cè)量程序，并結(jié)合工程線長(zhǎng)實(shí)際情況對(duì)測(cè)量線路進(jìn)行合理的安排。采用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地面三維坐標(biāo)數(shù)字化表示，大幅度提升三維坐標(biāo)定位的精確性。同時(shí)，數(shù)字三維坐標(biāo)方式的應(yīng)用降低了數(shù)字正射影像生產(chǎn)的難度，有效地節(jié)省了生產(chǎn)成本。此外，采用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)可以強(qiáng)化物體三維信息的直觀性，促進(jìn)基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的可靠性，為工程后續(xù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用礦山測(cè)繪

當(dāng)前階段，我國(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量持續(xù)提升，礦山的大規(guī)模開(kāi)發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，同時(shí)也加重了資源枯竭問(wèn)題，因此在構(gòu)件數(shù)字礦山的過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展將是需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)方面。為了實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和數(shù)字礦山構(gòu)建的完美融合，應(yīng)該將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)引入其中，對(duì)礦山所在地區(qū)的地面信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面高效的采集，以此為依據(jù)構(gòu)建三維虛擬地面模型，選擇最合適的區(qū)域，重建建筑物的數(shù)字模型。通過(guò)具體應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在數(shù)字礦山構(gòu)建中的應(yīng)用可以強(qiáng)化礦山信息的可靠性，提高礦山經(jīng)濟(jì)狀況以及生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的科學(xué)性和真實(shí)性，為自然災(zāi)害的防控提供翔實(shí)可靠的依據(jù)。

2.3 激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于森林業(yè)

目前，林業(yè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分之一，原因之一就是為了順應(yīng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)發(fā)展的要求。在林業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，林業(yè)調(diào)查工作是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這項(xiàng)工作的精確度和詳細(xì)度要求都出現(xiàn)了大幅度的提高，將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到該領(lǐng)域，可以對(duì)森林覆蓋區(qū)域的地形進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)繪，同時(shí)記錄森林樹(shù)木的高度值等數(shù)據(jù)，為樹(shù)木相關(guān)信息的計(jì)算掌握提供科學(xué)依據(jù)。

2.4 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于電力傳輸管道和管道線路測(cè)繪

在電力傳輸和管道線路測(cè)繪工作中，常用的激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)為機(jī)載雷達(dá)掃描技術(shù)，由于激光雷達(dá)系統(tǒng)處于空中，如此就可以最大限度地突破不利地理環(huán)境因素的影響。在具體應(yīng)用的過(guò)程中，直升機(jī)只需沿著電力傳輸與管道傳輸?shù)淖呃葟念^至尾飛行就可以完成測(cè)繪工作，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，還可以根據(jù)測(cè)繪工作的實(shí)際需要對(duì)直升機(jī)飛行的高度和速度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此獲得更加高質(zhì)量的測(cè)繪數(shù)據(jù)。此外，在具體測(cè)繪工作中，還可以在激光雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)上設(shè)置錄像機(jī)和數(shù)字相機(jī)等設(shè)備，在測(cè)繪的同時(shí)對(duì)電力傳輸線路進(jìn)行檢查維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)工作的完美結(jié)合。

2.5 激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字城市建設(shè)

在信息時(shí)代的大背景下，數(shù)字城市已經(jīng)成為城市現(xiàn)代化建設(shè)的新目標(biāo)，在具體實(shí)施的過(guò)程中，空間信息的確定至關(guān)重要，它是數(shù)字城市平臺(tái)建設(shè)和框架構(gòu)建不可缺少的信息數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)信息很難滿足數(shù)字城市建設(shè)對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求。在這樣的情況下，可以將激光雷達(dá)的垂技術(shù)應(yīng)用到該領(lǐng)域，不僅可以獲得數(shù)字城市構(gòu)建必需的空間信息，同時(shí)還可以提供高分辨率和高精確度的數(shù)字正射影像。

在數(shù)字城市建設(shè)的過(guò)程中，需要構(gòu)建一個(gè)覆蓋整個(gè)城市的虛擬化管理平臺(tái)，城市三維模型則是該平臺(tái)的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的完美再現(xiàn)，城市三維模型必須具備真實(shí)、高精度以及可測(cè)量等特征，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)很容易受到外部環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致空間信息的精確度出現(xiàn)問(wèn)題。而激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)則是通過(guò)激光對(duì)建筑物進(jìn)行多方位掃描，不僅效率高，精度也能夠得到保障。將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)和相關(guān)軟件綜合應(yīng)用可以對(duì)云數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)件映射，以此實(shí)現(xiàn)城市三維模型的快速構(gòu)建。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)具有高效率、高精確度以及應(yīng)用范圍廣等多方面的優(yōu)勢(shì)。本文簡(jiǎn)要闡述了激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的具體工作原理，在此基礎(chǔ)上從基礎(chǔ)測(cè)繪、礦山測(cè)繪、森林調(diào)查、數(shù)字城市建設(shè)以及管道線路測(cè)繪等方面對(duì)該技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望可以為技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定的幫助。