工程測繪中激光雷達測繪的應用分析

發布日期：2018-07-17 00:00 瀏覽量：11890

　　1、引言

　　隨著現代科學技術的快速發展， LIDAR技術日益受到人們的普遍關注。通過此項技術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單、快速，方便使用。為此，在我國工程測繪領域中常常使用LIDAR技術來獲取數字高程模型，并對一些精密工程進行測量。目前，LIDAR技術的應用范圍越來越廣、應用效果越來越得到了人們的認可。

　　2、激光雷達的分類與工作原理

　　人們對激光雷達的分類一般是依據激光器與探測技術進行分類，也可以根據雷達功能給予分類。人類在實踐中已經發明了多種激光器，目前市場上激光器的種類比較多，比如：CO2激光器與氦-氖激光器等。依照探測技術，可以將激光雷達分成2種類型，即直接探測型與相干探測型。依據功能來劃分，則可以分成跟蹤、目標識別、流速測量、成像雷達與振動傳感等多種雷達。激光雷達的工作原理跟無線電雷達的基本一樣，均依賴于所使用的探測技術。

　　激光雷達在工作時，先由激光發射系統發出信號，經過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間測量出來，從而確定所測目標之距離。對于所測目標之徑向速度，我們可通過反射光之多普勒頻移進行確定，通過測量出2個或者2個以上的距離，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

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

　　3.2基礎測繪的實施　

DOM（數字正射影像）、DLG（數字線劃地圖）與DRG（數字柵格地圖）是工程基礎測繪中的常見產品。其中，DOM與DLG這2種產品在日常生產實踐中離不開高精度的三維信息及其支持。比如，DOM這種產品，它是在數字高程模型給予一些精確的地形信息的支持下，然后通過對數字進行微分才糾正得到的。假如無真實、可靠性強的數字高程模型資料，則傳統生產出來的數字正射影像方法要通過運用數字攝影測量等方法才能順利完成。而通過遙感圖像的處理系統就可以順利實現數字信息產品規模化的生產。同時，這些精度高的激光點云數據是可以直觀形象地反映出植被與地物之間的各種三維信息，運用此類的數據資源，則數字線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、礦山與隧道、水文與沉降等各種行業的工程測量中，要求精密度比較高。而運用激光雷達技術，則可以較好地解決上述實際工程測量精密度高的問題。運用數碼像片所獲得的一些紋理信息，以及通過構筑物的模型進行疊加而建立起來的三維模型，常常運用在工程景觀的分析與規劃，以及形變量測與物體保護中。

　　激光雷達技術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路的設計與施工進行更加準確的計算。在設計電力線路的時候，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路需要設立的一些公共區域，及其區域內地形與地物的實際情況。在一些樹木密集的地區，通過激光雷達技術可以方便估算出所需要開采樹木的大概面積與木材量。運用激光雷達技術還可以為電力線搶修與維護提供很大的方便，依照在電力線路上的那些激光雷達數據點，及與之對應的一些裸露點（地面）高程，能夠較好地測量計算出每一個線路與地面之間的高度，從而便于工人搶修與維護電力線。

　　3.4數字城市建設

　　隨著當前我國城鎮化建設的大力推進，一些城市正朝著數字城市信息化目標方向前進。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節。激光雷達技術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，激光雷達技術可以說是當前城市建設之核心技術。

　　與此同時，在建設數字城市進程中需要構建出精度高、真實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，構建城市三維建模，其工作量非常大，任務極其繁重，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面的深度。在工程實踐中，人們發現運用激光雷達技術可以在空中或地面通過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（高密度且高精度）的空間坐標，然后再借助計算機軟件，可以較好地對點云數據實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；同時還能夠實時、動態地更新三維模型，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種波長不同的激光束，有益于對水下地形的真實測量。例如，通過激光雷達系統可以運用紅光或者紅外光對水面進行測量，還可以運用藍綠光通過穿透水面的方式來測量水底，接著運用2光束（約等于）的接收時間差來進一步計算出水的真實深度。所以，能夠運用激光雷達技術對水下地形進行大面積的測量。此外，可以運用激光雷達技術對海道進行測量，其測量海水的深度最高可達50m，這個測量深度是隨著海水水質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的歡迎。

　　3.6其他方面的應用

　　激光雷達技術可以結合其他一種或多種定位技術，可以實時、高精度的獲得范圍很廣的DEM，從而更加直接獲得實際、客觀的地表三維信息，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，激光雷達技術結合GIS技術，能夠快速準確測定堆積物容積，可以運用于一些工程的開挖，還能夠應于于智能交通建設與管理、城市規劃設計、通訊網絡工程的布設等其他方面。

　　4、結論

　　激光雷達技術可以快速、準確、方便地獲得一些三維空間信息，因此與其它經典測量技術相比，更具先進性與可行性。尤其對于工程測繪領域而言，隨著激光雷達技術的加速度發展，以及人們對各種三維控制信息的需求不斷增加，激光雷達技術定會在其他科學技術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，隨著社會的發展以及高新科技的開發與應用，激光雷達技術會變得更加成熟、獲取的三維信息數據的精度會更高、速度會更快，其發展與應用空間會更加廣闊，一定會在工程測繪領域中作出更大的貢獻。

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