探析工程测量中激光雷达测绘技术的应用

黄琳　郭朋良

【摘 要】随着科学技术的发展和时代的进步，激光雷达已经应用到工程测量的前沿工作中，实践证明激光雷达能够提高工程测量的精度和作业效率，使工程测量工作变得更加简便，从侧面促进了建设各行业的的良好发展。为了继续在工程测量中发挥出激光雷达的作用，满足人们越来越高标准的测量需求，本文就激光雷达技术在各行业中的应用策略做出几点分析，希望能为工程测量领域的技术提高提供参考。

【关键词】工程测量；激光雷达；测绘技术应用

中图分类号： TV221 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）15-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.009

Application of lidar mapping technology in engineering surveying and mapping

HUANG Lin1 GUO Peng-liang2

（1.Henan Yellow River Survey Information Engineering Institute Zhengzhou Henan 450000；

2.Henan Water Survey Co.， Ltd. Zhengzhou Henan 450000）

【Abstract】With the development of science and technology and the progress of the times， the application of laser radar has already entered the frontier work of Engineering Surveying and mapping. The practice has proved that the laser radar has rapidly improved the accuracy and efficiency of Engineering Surveying and mapping， making the work of Surveying and mapping more convenient and promoting the good development of the construction career from the side. . In order to continue to play the role of laser radar in engineering surveying and mapping， meet people's increasing standards of building demand， this paper makes some analysis on the application strategy of laser radar technology in the work， hoping to provide reference for the improvement of Engineering Surveying and mapping industry.

【Key words】Engineering surveying and mapping； Lidar； Application of Surveying and mapping technology

随着时代的进步和发展，我国的基础建设领域都有了质的飞跃，这也对我国工程测量提出了更高的要求。近年来，工程测量在测量精度和应用范围上都有了显著的技术提升，在实际工作中能够更准确、直观的获取空间位置。但部分工程测量中仍采用传统技术，并不能满足现代高精度的工程测量工作，因此要加强激光雷达技术的应用，利用GPS定位提供更准确的位置信息，受天氣等外界因素影响小，比传统的摄影测量、工程测量有着显著的优势，激光雷达在工程测量中的应用，是推动我国工程测量行业进一步发展的重要新技术。

1 激光雷达测绘技术的概述

（1）激光雷达测绘技术的概念分析

激光雷达测绘技术是激光技术与雷达技术相结合的产物，这种组合型测绘技术是近年来广泛推行的高效测绘方法，其工作原理和微波类型的雷达比较相近，都是采用传感器发射探测光束传播后，由接收器反射成为电信号，在将激光束发射的时间和接收时间进行记录，通过电磁波承载信号进行互相传递，进而对于测量目标描述具体位置和具体形态。在激光雷达的实际测量过程中能够非常精准的检测到测量目标的方位、距离、高度、形态等数据信息，误差很小，同时再结合GPS和INS技术共同发挥作用，完善测绘工作[1]。

激光雷达技术在经历了多次变革后，在设备内部结构、功能方面都有了显著地提升，从安装平台上来看有机载、地面、舰载等几种，属于载动激光雷达，通过三维空间的变换来测量目标的三个坐标系数据，在实时获取目标信息上有很大的发展空间，增强了方位配置、俯仰和自动追踪的功能，是常用的激光探测和测距系统。从功能上来看有靶场、火控、导弹等，根据测绘任务的不同类型分成障碍物回避类型激光雷达、连续波激光雷达等。

目前激光雷达测绘技术的测绘方式和测绘设备都呈现出多样化的发展趋势，对微波雷达、红外设备、可见光电视等的运用十分广泛，通过增强发射部件、信息处理系统、操控终端的科技水平，加强了测绘过程的检测范围、搜寻范围，自动化水平和数据精密度都随着测绘技巧的组合使用得到显著加强，推动了我国工程测量行业的发展[2]。

2 激光雷达测绘技术的具体工作

目前激光雷达测绘技术主要分成三类。第一种是空间扫描技术，通常分为扫描体制和非扫描体制，激光扫描技术是在社会和军事中获取三位地理信息的主要途径，通过扫描目标图样进行国家的城市规划、农业开发、水利工程、环境监测等，对国家城市和产业经济建设有很大的帮助，在防震减灾和交通通讯上也为人民生活带来许多便利之处。

第二种激光发射机技术，是依靠半导体激光器、二氧化碳激光器等发射光脉冲打在物体上并反射回来，通过接收到的信息来测量目标距离角度、运动状态、识别和跟踪目标，在低空直升机、化学生物探测、和水下探测中发展更加成熟，更多的运用于军事方面。它有着高速度、高性能、长距离的特征，能提供更多目标性能数据，例如水下的机载激光雷达，最大的特点就是可以水下目标成像，这对于水下检测海深地形、海岸侵蚀等数据有着非常大的优势。

第三种是高灵敏度的信息接受技术，是由光学探测器和回波理电路等组成，需要对各个传动结构、扫描仪、激光器等收集来的信息进行汇聚、光电转变、放大检测等，既要完成对目标的三维图像数据处理，还要修正图像性的非线性扫描、回波信号幅度、图像显示灯高速运算，是激光雷达测绘技术里最重要的环节，常需要大规模的集成电路和高科技计算机互相协助完成[3]。

3 激光雷达在工程测量中的具体应用

（1）基础测绘的应用

基础测绘是工程测量工作中最基本的要求，通常情况下是通过GPS等三维测绘方式来收集和整理测量目标的基本信息，有效定位目标的三维坐标，完成测绘任务。测绘是一项需要高度集中的专业性和复杂性都很强的高难度工作，所以为了保证测绘数据的准确度和正式性，工作人员必须严格的按照测绘的规定方法，通过收集到的三维数据合成数字影像并对其进行分析。因此在基础测绘的过程中，使用激光雷达测绘技术能够大大提高数据的准确性，能让测绘工作的结果更加真实可靠，减少了工作的失误成本，通过激光雷达技术有效精准的反应目标信息而节约了工作时间，让后续工程活动的开展更加顺利。

（2）精密工程测量中的应用

在开展高精度工程测量的过程中，为了保证测绘数据的质量，同样需要技术人员采用激光雷达技术的辅助。例如在水文测量、电力选线过程、文物考古作业中都需要目标的三维坐标和三维模型的数据，尤其是在地底和水下的实地勘测中，传统的测绘设备已经无法满足作业要求，激光雷达测量技术能够在严苛的地形条件情况下获取更多测量目标的数据信息。在铁路设计过程中，运用激光雷达技术就可以全面的获取整个铁路工程线路的信息，以及公共区域的地形要素勘测，能够精准的测绘处各个地段之间的数值和距离大小，帮助后期作业落实高程模型，这样可以更好地设计铁路路线，施工方案也更加完善。在设计电力选线的过程，也可以借助激光雷达数据全面了解线路布局，在维护抢修的过程中能够根据激光雷达的数据点结合地面裸露的高程，计算任意线路和地面的距离，特别是在树木密集区，激光雷达的测绘效果更加精准，使维护抢修工作能更加便利。激光雷达测绘技术相较其他的传统测绘方法，更加灵活多变，能实时的监测现场情况，有效测量目标的区域范围和三维立体参数，使工程的开展能够减少不必要的失误。

（3）数字矿山测绘中的应用

目前我国对自然资源的开采情况过高，各地区矿山面临着资源衰竭、周围环境破坏等恶劣情况，对开采工作带来更大难度的同时，也使矿山行业的发展面临着严峻的挑战。为了实现我国资源的可持续发展，保护生态环境的绿色平衡，建设节约型经济社会，激光雷达技术在矿山工程中的测绘应用必不可少。通过激光雷达测绘技术能够全面的对矿山进行勘测，迅速并准确的提取矿山周围地区的地形地貌，构成地面模型来帮助开采工程能更好地规划开采区域，使数字矿山工程在开展中合理的考虑地形特征和资源的分布情况，保护生态的平衡，减少资源浪费。并且激光雷达测绘过程中还能对开采工作遇到的意外情况进行规避，例如地质脆弱的易崩塌地区、滑坡泥石流等易沉陷区域，这些地质隐患问题在开采过程中都能合理避免，减少人员和建筑物的损害，使矿山经营和开采工作能够顺利展开。

（4）电力传输和管道分布

电力系统是人民生活和各单位企业发展所必须的资源，在高楼林立、地形复杂的城市之中想要合理的规划电力传输线路自然离不开激光雷达的测绘技术。对于传输线路的测量可以采用直升机平台的机载测绘方式，利用直升机在城市中巡视激光雷达测绘系统获取城市数据和管道分布情况，也可结合数码相片技术将激光雷达的信息与建筑物模型相结合，同步開展线路检查与城市制图的工作，进一步完善电力系统与管道分布的规划工作，对其分析、保护、维修等方面都能提供便利，提高电力与管道建设方面的工作效率。

（5）森林工业领域的测绘应用

森林工业的发展由于自身的规模极广、数据量偏大的特点而难以精准的进行规划工作，往往需要很长时间的测绘和调查准备，为工程的及时开展带来不便因素。在现代社会强调可持续发展和生态保护的要求下，需要更加精准的勘测森林工业的发展区域和土地资源的分布情况，如果采用卫星成像等传统的测绘技术则无法获取这么精准的地形数据、植被结构以及野生动物栖息特性。使用新型的激光雷达复合技术，可以准确的测量森林中各地区的树木的疏密程度，分析植被的覆盖率和覆盖面积，精准的绘制树冠以下被遮挡的地表情况和大范围的地形结构，使测绘人员能够根据准确的高程数据制定最佳路线和最佳施工区域，大大节省了测绘制图的人力物力，加快工程的开展进度。

4 结语

综上所述，伴随着人们对激光雷达测绘技术认识的加深，科技的发展进步让激光雷达技术有了越来越多可以应用的范围，众多科研人员仍不懈努力的完善激光雷达技术的信息处理技术。在工程测量的发展中，激光雷达技术的性能可以提取更多更精准的信息数据，显著提升测绘精度，已经成为了测绘工作未来发展的热门趋势。因此在未来的行业发展中，需要技术人员充分重视激光雷达测绘技术的运用，改变传统的工程测量理念，要秉持多角度、多方面的专业态度来看待激光雷达的应用问题，在实践中加大激光雷达测绘技术应用，让激光雷达与工程测量的结合机制更加成熟完善，使激光雷达测绘技术成功应用在工程测量之中，推动工程测量行业的快速发展。

【参考文献】

[1]董张博.激光雷达测绘技术在工程测量中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2017，（36）：250.DOI：

[2]惠帅男.谈工程测量中激光雷达测绘技术的运用[J].建筑工程技术与设计，2017，（20）：221-221.

[3]演丁瑞.工程测量中激光雷达测绘技术的运用[J].建筑工程技术与设计，2016，（19）：170.DOI：