工程测绘中激光雷达测绘技术的应用分析

2016-08-22文豪王满重庆市勘测院重庆400020

地球 2016年4期

关键词：激光束横断面激光雷达

■文豪王满（重庆市勘测院重庆400020）

工程测绘中激光雷达测绘技术的应用分析

■文豪王满
（重庆市勘测院重庆400020）

激光雷达是一种高配置高原理集成机制，是现在常用的数码测绘手段。本文主要分析了激光雷达的工作原理，以及其在工程测绘中的具体应用。

激光雷达工程测绘应用

1　前言

激光雷达技术作为一种现代经典的数码测绘手段，其结合了多种高新技术，即为惯性测量技术、GPS技术以及激光系统、计算机系统，能够在很短时间内绘制出以大型实体坐标为基础的三维数据模型，从而真实地展现出所测绘的内容，保证了空间信息的真实性及时性。

2　激光雷达测绘技术的工作原理

通过激光开展距离量测工作，能够大大保证数据采集的有效性、安全性以及抗干扰能力。机载激光雷达测绘系统是现在常用的激光雷达测绘手段，现就其在测高方面的应用进行详细分析：使用激光设备对物体进行照射，使激光可以射至该物体的表面，一部分激光会被物体吸收，另一部分则会反射回去，之后利用接收装置接收反射回来的激光。现假设激光由激光设备射出，一直到激光被接收设备接收的间隔时间为2t，则可以得到公式，其中d代表的是距离，c表示的是光速，t表示的是时间。通过结合使用激光雷达技术以及GPS技术，可以获取激光设备的具体坐标信息，进而获取激光方向信息，再通过准确的计算能够得到各激光点的具体大地坐标，即为X、Y、Z，集结大量的激光点能够得到激光点云，再通过不断的集结可以组成点云图像。测绘人员可以根据实际情况调整激光束的实际发射频率。现假设激光雷达测绘系统的激光束发射频率调整至每秒一万次脉冲，则系统的接收设备能够于一分钟内获取60万个点。在利用激光设备发射激光束时，由于激光束具有多个脉冲，而脉冲不一定全只射击到某一个位置，这样会得到多组X、Y、Z坐标，比如说在使用激光束射击预定的树冠顶端时，则脉冲或许会先射击到树冠顶端，之后一部分或许会是会涉及到树干，也可能会射击到地面，在激光接收设备接收到所返回的激光之后，即能够获取多组具有分层表示价值的坐标点记录。测绘人员可以利用激光雷达测绘系统的该功能，通过分类以及滤波处理手段，在很短时间内得到地面高程,或者是建筑高度等需要的高程信息。通过机载激光雷达技术开展高程测量，基于航高的各异，可以获取的平面精度大约在0.15～1m之间，能够得到的高程精度大约为10～30厘米左右。

3　基于工程实例分析激光雷达的具体应用

某铁路项目现需在山岭地区修筑，该地区的高度超最高达到了一千米，现通过LeicaALS60机载激光雷达测量装置开展测绘工作。选择运5固定翼飞机作为飞行平台，并将点云平均点间距控制在了0.7～1.0m之间，确定航线宽度为两千米，整个航线里程超过两千多米，整个航飞面积达到了l800km2。

由于该山岭地区的植被覆盖有稀疏与茂密之分，这导致点云数据不能真实的反映出该山岭地带的真实地形特征，也就不能获取正确的断面。现使用同一设计参数来绘制3月份以及7月份的点云图，具体可见下图1。其中3月份该山岭地带的植被覆盖相对稀疏，而七月份则非常浓密。由图1可以得知，3月份机载激光雷达的穿透率高达百分之五十，7月份的穿透率只有百分之十五，所以应合理确定航飞季节，保证获取数据的有效性。

利用机载激光雷达设备对该地区的不同区域横断面进行测绘，其中裸露地表的测绘结果可见下图2。在对地面裸露区域进行外业作业时，由于桩高程可以和激光雷达高程配准，所以可以得到较高的精度。同时尽管地形突变LIDAR点的可能会出现分类错误，或者是缺少等情况，但只要通过仔细的检查以及分析，即可以得到较好的结果；在对植被茂密区域进行外业作业时，由于该地形的复杂性较强，只有少部分激光点可以落在地面上，所以不能得到精准的拟合地形表面，具体可见下图3。由于地面上只有少数的高程点，极易导致外业中桩高程出现较大的误差。

在处理植被较为茂密区域的测绘地形横断面时，可根据不同的情况，使用不同的处理方法：如果点云主要照射于灌木丛顶部，则可以将灌木丛顶部视为一个和地面平行的平面，把于灌木丛顶部所收集得到的点云数据当看做是地面店，通过对地面以及灌木丛顶部的高差进行平移以及修正之后即能够得到横断面以及地形图。若是地形图或者是横断面区域全部为茂盛植被，同时点云的分散情况较为离散，如果地面点的数量较为，则可以通过分类地面点构网建模。