探讨工程测绘中激光雷达测绘技术

夏勤浩

(海宁市中图测绘有限公司 浙江海宁 314400)

随着科学技术的发展，学者基于激光雷达模式进行一定程度的简化，设计出了激光雷达测距机。通过光频波段雷达，向需要测量的目标发射探测信号。然后将发射的电磁信号与接收到的测量目标的相关数据进行对比分析，以便充分了解测量目标的相关数据。但是，不同类型的雷达在实际应用过程中也有着不同的效果。因此人们要合理选择雷达类型，以确保激光雷达测量的准确性。

1 激光雷达测绘技术

1.1 高灵敏度接收机

高灵敏度接收机设计的接收单位是由光学系统、光电探测器与回波检测处理电路组成，高灵敏度接收机设计技术的基础要求是接收灵敏度高、虚警报率低和回波探测概率高。

1.2 地面三维激光扫描技术

地面上的3D激光扫描技术也称为真实场景复制技术。其是以3D激光扫描仪，数码相机等为基础的一种非常有效的快速测量技术。同时，可以高速激光扫描技术快速扫描被测对象并在最快的时间内获取和建立测量数据。拍摄完成后，将获取的图像反馈到三维数字系统，并进行二次处理和确认，以确保结果的准确性。

1.3 机载激光雷达扫描技术

通过雷达扫描技术捕捉返回的光脉冲以获得测量目标的具体数据，在获得有关测绘目标的信息之后，可以使用数码相机获取成像信息，完成所有这些步骤后，将通过数字信息系统对数据进行处理，以最大程度地提高数据的准确性。

2 激光雷达测绘技术的原理

使用激光进行工程测量的明显优势是精度非常高，大面积的定位测距的误差可以小于4cm。激光雷达测绘系统测量的精确度是多方面保证的，不仅使用激光高精度测量，而且再由惯性测量单元一起发挥效果。激光雷达测绘系统的工作原理是激光器发射激光脉冲打击在物体表面，然后反射回接收器表面，接收器接收到激光脉冲信号，记录下时间，然后根据公式精确计算出被测物体距离并统计。

其最大的优势就是能够对被测对象实现实时准确定位。通过全球定位系统,能够有效获取被测对象所在位置信息,同时对被测对象的确切位置进行详细的定位,具有较高的准确性,通过对于被测对象相关联位置的测绘,能够对被测对象进行动态的实时定位。

3 在工程测绘中的应用

3.1 基础测绘

基础测绘是一个比较复杂、重要的过程，因此要对基础测绘的线路和流程进行合理规划设计。通过大量实际测量发现，激光雷达测绘计算能利用数字3D坐标完成坐标定位工作。机载激光雷达测绘技术得出的地面三维坐标不仅实现高精度影像微分纠正功能，而且更容易产生数字正射影像，不需要借助数字摄字影像切割和反映，并进一步形成测绘地图。

3.2 精密工程的测量

测量目标采集在紧密工程测绘中是必须要开展的工作，利用测量目标采集可以得到物体的三维模型和三维坐标信息。

比如激光雷达测绘技术在高速公路线路设计和铁路线路选择设计方面可以提供非常高的精度的地面高程模型，这样可以为高速公路及铁路线路设计和施工设计提供科学、精确的测绘数据。在电力输电线路设计过程中需要使用激光雷达测绘技术得出相关测绘参数信息，根据这些测绘参数信息对整个线路有一个全面的了解，主要包括线路周边的地形地貌、公共区的地物等。

3.3 数字矿山的构建

目前我国矿山系统因资源枯竭功能受到限制，对矿山产业的发展十分不利。可通过利用建筑物模型与地面分层相结合来建模、匹配及融合，进而对矿山塌陷区的经济和生态环境进行合理评价，并对塌陷导致的地面裂缝、土地侵蚀展开分析，清楚了解塌陷区建筑物被破坏的具体情况和山体滑坡等地质灾害情况。

3.4 电力传输与管道布图

除了测量和绘制电力工程中的电路组件设施外，还需要测量和规划内部电力传输管道。并且由于复杂的工程环境和许多不安全的元素，这也是传统的线路测绘任务中困难的地方。

而使用机载空中雷达扫描技术可以使不利的地理环境因素的影响最大化地减少。由于电路通常存在于建筑物的内部或地下，因此在实施雷达测量时，一般都使用直升机或无人机进行测量，其中，雷达系统起着重要的作用。

勘测电力线时，飞行设备应从头到尾沿着电力传输线和管道传输方向飞行，以避免测量偏移影响数据的准确性。对于较薄弱传输线，可以根据输出强度自动调节发射激光的强度。为了确保收集效果，应注意飞行设备的高度和速度。

3.5 森林工业的应用

机载激光雷达不仅可以获取树冠下的地形，而且还能获取树高信息。利用激光返回值可以得到植被返回值和地面返回值，然后可以计算出树木材质、树高、生态环境参数和树冠覆盖率等信息，传统的卫星测绘无法获取这些信息。

3.6 模拟城市建设

为了使城市建设项目的建设更加合理科学，相关部门将激光雷达测绘技应用到城市建设规划中。相关部门可以应用雷达测绘技术，有效地对准备规划的地区进行测绘。并通过对未来城市发展的模拟，为政府提供更合理的城市建设计划。

城市测绘保障工作对精度的要求很高，尤其是对大范围测绘中衔接位置的精度是有最低要求的，因此在测绘工作完成之后普遍需要选点进行测绘精度检验，在这一过程中机载激光雷达摄影测绘的作用突出。具体而言可以借助无人机对相同区域不同测绘形式的测绘结果进行复检，也可以借助无人机不同区域相同测绘形式的结果进行复检，当前的检验主要包括DOM正射影像图、DLG数字规划图的成像精度，检验方式采用CNSS设备连接CORS定位服务系统网络，然后利用公共数据点作为基准点，将测绘数据与基准点标准数据进行对比，观察两者之间的差值是否在允许的范围之内。

3.7 进行数字高程建模

数字高度建模使建筑单位可以分析建筑过程的各个环节。通过此技术，可以利用激光点快速收集数据并建立三维坐标。创建基于TIN规则网格的模型首先需要创建一个区域TIN网格，然后对TIN中网格点进行三角形分块范围的高程内插。DEM内插法是根据参考点的高程确定其他待定点的高程，这是一个数学插值问题。任何插值方法都基于相邻数据点之间存在较大的相关性，以便通过从相邻点的数据中内插出待定点的数据。

创建基于等高线分布的采样点首先需要根据等高线的特性设置DEM。设置DEM的三种常见方法是：高线离散化法、等高线内插法、等高线构建TIN法等。实际上，中等高线内插补通常使用两种方法：一种是沿预定轴向直接进行等高线内插。另一种方法是沿内插点最陡坡度进行内插，该方法首先沿相邻等高线搜索最陡坡度的两个点，然后根据这两个点线性内插出格网点的高程值。

4 结语

随着社会及科学技术的快速发展，在工程测绘领域淘汰了一些传统落后的工程测绘技术，引进了一些先进工程测绘技术，激光雷达测绘技术就是其中之一。总之，通过对这些主题的深入讨论和客观的解释，表明了激光雷达测绘的良好适用性。因此，在提高测绘业务水平，丰富测绘手段的过程中，要注意改善其基础设施。