浅析LIDAR 测绘技术在工程测绘中的应用

■魏一卿 ■南昌市城市规划设计研究总院，江西 南昌 330000

近年来，我国的社会经济得到了快速发展，建筑行业和测绘也都迎来了新的发展机遇，呈现出欣欣向荣的发展态势。在这样的背景下，传统的工程测绘技术由于自身的局限性以及工程量大、影响因素多等特点，已经逐渐无法满足工程建设的需要，以GIS 技术、LIDAR 测绘技术为代表的新测绘方式迅速出现，并得到了广泛的而应用，取得了一定的工作成效，需要相关测绘人员的重视。

1 LIDAR 测绘技术概述

LIDAR 全称Light Detection And Ranging，光探测与测量，是一种在激光雷达技术的基础上形成的新型测绘技术，也称航空激光扫描探测技术，主要由全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)共同组成，包括了机载和地面两大类，其中，机载激光雷达是一种安装在飞机上的激光探测和测距系统，能够实现对地面物体三维坐标的准确测量。作为一种主动式对地观测系统，LIDAR 集成了激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元以及差分定位技术等，在三维空间信息的实时获取层面上，取得了巨大的突破，也为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。

在实际应用中，LIDAR 具有自动化程度高、数据生产周期短、精度高、受天气因素影响小等特点，主要是利用相应的传感器，发渗出激光脉冲信号，无视地面植被的遮挡，直接获取地表地形数据，经专业软件处理后，生成正射影像图、等高线图等，与传统摄影测量以及地面测量相比，具有非常明显的优越性，目前已经成为航图测绘、地图绘制中最为常用的技术方法之一。

LIDAR 测绘技术的工作原理，是利用传感器，发射出相应的激光束，激光束以光速进行传播，经空气传播到地面或者物体上，经反射后，被接收器接收，记录为一个电信号，同时记录激光束发射和接收的准确时刻，结合相应的公式R=ct/2，对激光器与地面之间的距离进行计算，公式中，c 表示光速，t 表示激光束发射时刻与接收时刻的差值。激光扫描装置能够记录一个单发射脉冲波返回的首回波、中间多个回波以及最后回波，通过对每一个回波时刻的记录，可以同时得到多个高程信息，对IMU/DGPS 系统以及激光扫描技术进行集成。当飞机向前飞行时，扫描仪会自动向地面发射连续的激光束，同时自动接收地面反射回波，对每一个激光发射点的瞬间空间位置及姿态进行记录，经计算得到激光反射点的空间位置。

2 LIDAR 测绘技术在工程测绘中的应用

2.1 基础测绘

基础测绘，是指对工程项目中施工场地的测绘，主要是为了满足工程施工的基本要求和主要目标。在基础测绘中，存在四种测绘产品，包括数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字栅格地图(DRG)以及数字线划地图(DLG)，其中，DOM 和DLG 的生产需要高精度三维信息的支持。例如，DOM 需要DEM 提供准确度较高的地形信息，利用数字微分技术对信息进行分析和纠正后，才能够得到相应的产品。而如果缺乏DEM 资料，则往往会使用数字摄影测量来实现。但是，数字摄影测量的工序相对繁琐，对于操作人员的专业技能水平有着较高的要求。利用LIDAR 测绘技术，可以实现对地面三维坐标的有效提取，满足高精度影像微分对于纠正的需要，从而更加容易地获取DOM。在这种情况下，DOM 的生产不需要使用数字摄影测量平台，只需要利用普通的遥感图像处理系统就可以实现规模化生产。另外，利用高进度的激光点云数据，可以更加直观地反映地物以及植物的三维信息，对DLG 地形地物进行准确判断和测量，对数据进行高效收集。

2.2 精密工程测量

从目前来看，在一些精密工程测量中，如电力选线、沉降测量、水文测量、建筑测量以及文物考古等，都需要对目标的各种信息进行全面细致的采集和测量，同时还需要了解其三维模型和三维坐标的具体信息。结合机载LIDAR 和地面LIDAR 技术，能够对上述问题进行有效解决。在实际操作中，其作业步骤为:利用数码相片，对相应的纹理信息进行采集，将采集到的信息与构筑物模型进行叠加处理，逐步构建出相应的三维模型，从而实现目标景观的规划分析、规划决策以及形变测量等。以电力线路为例，在对其进行选线设计时，可以利用LIDAR 测绘技术，获取相应的数据信息，通过数据分析和加工处理，相关技术人员能够了解整条电力线路中地形、地物的具体情况。同时，在对电力线路进行维修时，可以根据线路中设置的激光雷达数据点，以及其所对应的地面裸露点的高度，对任何一个位置的线路与地面之间的距离进行计算，为线路的维修工作提供相应的参考依据。

2.3 数字城市建设

所谓数字城市，主要是以计算机技术、多媒体技术以及数据存储技术为基础，以宽带网络为纽带，结合遥感技术、遥测技术、GIS 技术、以及仿真-虚拟技术等，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述。利用LIDAR 测绘技术，能够获得高精度、高分辨率的数字正射影像以及相应的数字地面模型，为数字城市的建设提供准确可靠的空间信息资源。在数字城市建设中，必须构建一个具备一定真实感，可以有效测量，精度较高的城市三维模型，作为城市管理的虚拟平台。在这样的需求下，如果采用传统的测绘技术，不仅工作效率低下，而且难以保证测量进度，对于数字城市服务面的深度和宽度存在一定的负面影响。利用LIDAR 测绘技术，能够从多个不同的角度，对地面建筑物进行扫描，得到目标的高密度、高精度三维坐标，之后利用专业软件，结合点云数据，构建相应的模型，进行相应的纹理映射，从多个不同的方面，构建城市三维模型。不仅如此，从实际需求出发，还可以对上述三维模型进行动态更新，为数字城市的建设提供连续可靠的基础数据信息。

2.4 森林业管理

在对森林业进行规划和管理的过程中，必须准确获取森林植被以及树冠下端地形的相关数据信息，如果采用传统测绘技术，需要对树木的密度、高度等信息进行全面测量，工作量相对较大;而如果采用LIDAR 测绘技术，利用机载激光雷达以及卫星成像技术，不仅能够是获取对树木高度信息的准确获取，同时可以对树冠下的地形进行有效勘测，确保测量数据的全面性和准确性，使得管理人员能够通过获得的数据信息，进一步掌握森林的生态环境、林木密度、树木高度等的具体情况，确保管理工作的顺利进行。

3 结语

总而言之，在经济发展的带动下，我国的工程建设得到了前所未有的发展，对于工程测绘技术提出了更好的要求。在工程测绘中，LIDAR测绘技术有着非常广泛的应用，与传统工程测绘技术相比，具有工作量小、工作效率高、数据获取精度高、密度大等特点，其优势是非常显著的。从目前来看，我国对于LIDAR 测绘技术的研究和应用尚处于初级阶段，相关技术不够成熟，需要专业技术人员的深入研究，不断拓展其应用范围，推动工程测绘技术的持续发展。

［1］刘月彪.LIDAR 测绘技术在工程测绘中的应用分析［J］.科学与财富，2013(9):242.

［2］石云中.浅析激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用［J］.建筑工程技术与设计，2014(5):542.

［3］朱士才.LIFAR 的技术原理以及在测绘中的应用［J］.现代测绘，2016(4).