工程测绘中激光雷达测绘的应用分析

发布日期：2018-07-17 00:00 浏览量：8924

　　1、引言

　　随着现代科学技术的快速发展， LIDAR技术日益受到人们的普遍关注。通过此项技术可以成功获取空间三维信息，且获取数据信号信息的方法简单、快速，方便使用。为此，在我国工程测绘领域中常常使用LIDAR技术来获取数字高程模型，并对一些精密工程进行测量。目前，LIDAR技术的应用范围越来越广、应用效果越来越得到了人们的认可。

　　2、激光雷达的分类与工作原理

　　人们对激光雷达的分类一般是依据激光器与探测技术进行分类，也可以根据雷达功能给予分类。人类在实践中已经发明了多种激光器，目前市场上激光器的种类比较多，比如：CO2激光器与氦-氖激光器等。依照探测技术，可以将激光雷达分成2种类型，即直接探测型与相干探测型。依据功能来划分，则可以分成跟踪、目标识别、流速测量、成像雷达与振动传感等多种雷达。激光雷达的工作原理跟无线电雷达的基本一样，均依赖于所使用的探测技术。

　　激光雷达在工作时，先由激光发射系统发出信号，经过目标反射以后直接被信号接收系统所收集，这样就可将激光信号往返传播的时间测量出来，从而确定所测目标之距离。对于所测目标之径向速度，我们可通过反射光之多普勒频移进行确定，通过测量出2个或者2个以上的距离，则可以准确计算出目标变化率，从而获取有效目标速度。

　　3、激光雷达技术在工程测绘中的应用

　　3.1准确快速获得数字高程模型

　　通过激光雷达技术可以获取“两高”（即密度高与精度高）的数据产品，这种激光点云数据可以如实地反映出各点位间的三维坐标。因为激光点的密度大且数目比较多，这就可以让我们在实践中生产出一种精度高并且分辨率也高的数字高程模型（DEM）。为此，我们可以通过激光雷达技术对一些数据要求比较高的产品进行快速测量，以满足社会各行各业对数字高程的实际需要。

　　3.2基础测绘的实施　

DOM（数字正射影像）、DLG（数字线划地图）与DRG（数字栅格地图）是工程基础测绘中的常见产品。其中，DOM与DLG这2种产品在日常生产实践中离不开高精度的三维信息及其支持。比如，DOM这种产品，它是在数字高程模型给予一些精确的地形信息的支持下，然后通过对数字进行微分才纠正得到的。假如无真实、可靠性强的数字高程模型资料，则传统生产出来的数字正射影像方法要通过运用数字摄影测量等方法才能顺利完成。而通过遥感图像的处理系统就可以顺利实现数字信息产品规模化的生产。同时，这些精度高的激光点云数据是可以直观形象地反映出植被与地物之间的各种三维信息，运用此类的数据资源，则数字线划地图就可准确判读与测量地形地物地貌，采集数据也就更容易了。

　　3.3精密工程测量

　　在实际中，一些精密的工程测量均是需要大量采集测量目标（高精度三维坐标信息），有时也需要为其建立起一种精确度高的三维物体模型。例如：在电力选线、矿山与隧道、水文与沉降等各种行业的工程测量中，要求精密度比较高。而运用激光雷达技术，则可以较好地解决上述实际工程测量精密度高的问题。运用数码像片所获得的一些纹理信息，以及通过构筑物的模型进行叠加而建立起来的三维模型，常常运用在工程景观的分析与规划，以及形变量测与物体保护中。

　　激光雷达技术可以提供给公路设计以及铁路设计精度极高的基于地面的高程模型，从而方便对这些工程线路的设计与施工进行更加准确的计算。在设计电力线路的时候，运用激光雷达得到的各种成果数据，能够全面了解与掌握电力线路需要设立的一些公共区域，及其区域内地形与地物的实际情况。在一些树木密集的地区，通过激光雷达技术可以方便估算出所需要开采树木的大概面积与木材量。运用激光雷达技术还可以为电力线抢修与维护提供很大的方便，依照在电力线路上的那些激光雷达数据点，及与之对应的一些裸露点（地面）高程，能够较好地测量计算出每一个线路与地面之间的高度，从而便于工人抢修与维护电力线。

　　3.4数字城市建设

　　随着当前我国城镇化建设的大力推进，一些城市正朝着数字城市信息化目标方向前进。而空间信息就是打造数字城市之重要的框架与平台，也是建立数字城市之核心环节。激光雷达技术则能够获得一系列分辨率极高、且精读性极高的地面模型（数字），进而可以为数字城市建设提供一些非常宝贵的空间信息资源。为此，激光雷达技术可以说是当前城市建设之核心技术。

　　与此同时，在建设数字城市进程中需要构建出精度高、真实感比较突出的城市三维模型，这种三维模型主要是当作管理数字城市的一种虚拟平台。然而，运用传统的测量技术，构建城市三维建模，其工作量非常大，任务极其繁重，工作效率又非常低，显然得到的效果是不好的，在很大程度上直接影响了数字城市服务面的深度。在工程实践中，人们发现运用激光雷达技术可以在空中或地面通过激光多角度扫描地面的建筑物，从而能够快速、准确获知所测量目标的三维点（高密度且高精度）的空间坐标，然后再借助计算机软件，可以较好地对点云数据实施模型建构与纹理的映射，甚至可以全方位地构建出面积比较大的数字城市的三维模型；同时还能够实时、动态地更新三维模型，从而为我们数字城市的建设提供一些可靠的、持续的、真实的基础性数据源。

　　3.5水下地形测量

　　一些激光雷达系统是运用了2种波长不同的激光束，有益于对水下地形的真实测量。例如，通过激光雷达系统可以运用红光或者红外光对水面进行测量，还可以运用蓝绿光通过穿透水面的方式来测量水底，接着运用2光束（约等于）的接收时间差来进一步计算出水的真实深度。所以，能够运用激光雷达技术对水下地形进行大面积的测量。此外，可以运用激光雷达技术对海道进行测量，其测量海水的深度最高可达50m，这个测量深度是随着海水水质的清晰度有一定的所变化，普遍受到航道与水文等多种行业的欢迎。

　　3.6其他方面的应用

　　激光雷达技术可以结合其他一种或多种定位技术，可以实时、高精度的获得范围很广的DEM，从而更加直接获得实际、客观的地表三维信息，为此可以运用在堤坝及隧道等一些复杂项目的目标跟踪以及监测中。比如，激光雷达技术结合GIS技术，能够快速准确测定堆积物容积，可以运用于一些工程的开挖，还能够应于于智能交通建设与管理、城市规划设计、通讯网络工程的布设等其他方面。

　　4、结论

　　激光雷达技术可以快速、准确、方便地获得一些三维空间信息，因此与其它经典测量技术相比，更具先进性与可行性。尤其对于工程测绘领域而言，随着激光雷达技术的加速度发展，以及人们对各种三维控制信息的需求不断增加，激光雷达技术定会在其他科学技术手段的支持与配合下，成为采集三维空间数据信息的“高手”。相信，随着社会的发展以及高新科技的开发与应用，激光雷达技术会变得更加成熟、获取的三维信息数据的精度会更高、速度会更快，其发展与应用空间会更加广阔，一定会在工程测绘领域中作出更大的贡献。

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