激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用分析

赵玺旻

摘要：随着科学技术的不断发展，社会对测绘成果的要求越来越高。在信息化时代支持下出现了激光雷达测绘技术，激光雷达测绘技术逐步深入到工程建设的各个发展环节，其可以简化工程测绘流程与步骤，获得准确的测绘数据，从而推动测绘事业的发展。重点分析工程测绘的相关问题，讨论激光雷达测绘技术在工程测绘中的的应用效果，仅供参考。

关键词：激光雷达测绘技术；工程测绘；应用分析

一、前言

经济高速发展后，我国的航空事业、国防事业、建筑事业发展速度加快，对工程测绘提出较高要求，然而传统测绘技术已经不能满足测绘工程的要求，新的测绘技术应运而生，在工程测绘领域的应用广泛。激光雷达测绘技术可以提升测绘质量与精确度，整体测绘效率高，可以促进工程测绘行业的发展[1]。激光雷达测绘技术涉及空间扫描技术、激光发射技术、信息处理技术，测量效果明显高于传统测量法，具备较高的自动化水平、测绘精度，且数据产生时间短，不会受到天气因素的影响[2]。

二、激光雷达测绘技术概述

激光雷达测绘技术是在惯性导航系统、卫星定位系统上形成的，涉及计算机系统、激光系统，利用卫星系统定位，激光系统发射信号，之后对比处理发射信号、原有信号，全面分析测量目标的形态、位置、高度，绘制三维坐标图像。结合激光雷达技术、工程测绘，可以转变传统工程测绘法，准确定位测量目标，获取相关信息[3]。在工程测绘工作中，激光雷达测绘技术依赖计算机系统科学处理数字摄像片，获得三维模型，展示出目标工程物体。激光雷达测绘技术具备多功能测量、精确度、时效性等优势，成为应用广泛的技术措施。

三、激光雷达测绘技术的优势

（一）精准性

在现有测绘技术中，激光雷达测绘技术先进，能够获得较高的精确度[4]。在具体应用中，测量结果误差小，测绘范围广。激光雷达测绘技术在测量目标的范围、准确度方面，已经获得明显的进步。形成测绘图纸时，并非简单的测绘结果，而是大量验证、测绘所得。激光雷达测绘技术通过收集数据信息、分析数字图像，可以形成测绘地图，有效弥补传统测绘的不足，全面保障工程测绘工作。

（二）全面性

开展工程测绘工作时，激光雷达测绘技术借助电磁波信号测绘，发射信号脉冲，收集反射信号，测量和分析目标位置、质量、体系要素[5]。电磁波信号具备较强的穿透力，针对大体积测量目标，能够获得较高的准确性。激光雷达测绘技术按照基础参数、实际情况，建立三维物理模型，联合数字化技术呈现虚拟数码城乡，技术具备全方位、全面性优势，因此可以丰富工程测绘信息，提供参考信息。

（三）时效性

工程施工期间，当周边环境因素变化后，测量目标的测量也会改变，影响测绘结构的准确性，延长工程进度，但是激光雷达测绘技术可以避免不良问题。技术的时效性较高，利用卫星定位系统实时定位测量目标，不管测量目标因素变化如何，均可以利用信号反射，通过计算机系统收集、处理，建立物理模型。与传统测绘法相比，激光雷达测绘技术的灵敏度、时效性较高，能够控制测量结果，降低环境影响。

四、激光雷达技术在工程测绘中的应用

（一）精密工程测绘的应用

多数复杂工程对测绘精度要求高，如沉降测量、考古、变形测量、工程测量等，对精密度要求高。上述工程要获取精确数据，建立准确的立体模型。激光雷达测绘技术具备时效性、精准性要求，可以应用多功能测量法，收集多方位的信息。利用云数据，可以结合纹理信息、模型，整合为三维立体模型，确保测绘工程的质量。

（二）矿山与森林工业测绘的应用

信息化技术支持下，相应地完善了经济建设体系，提高了生活水平，社会生产与生活对煤炭能源的需求度增高。煤矿开采规模持续扩大，然而却未解决矿产能源短缺问题，反而加剧了环境破坏，对矿山可持续发展的影响较大。针对现有问题，相关部门要做好创新与改革工作，建设数字化矿山。应用激光雷达测绘技术，及时采集矿山信息，利用计算机系统整合、分析和处理，确保三维数字模型的针对性。在收集数据时要深入分析矿山的实际情况，优化整合矿山模型、地面模型，密切监测塌陷区域的损耗情况，预测矿山的潜在危害。在矿山测绘中，合理应用激光雷达测绘技术，为矿山开采提供有效信息模型。绘制矿山情况、生态环境，减少开采危险，处理资源短缺问题。由于矿山的不确定性因素多，派遣工程人员实地勘测会引发较多危险事故。所以在规划勘测路线时，必须标注路标、路线、路障，保证各类信息的精确度，才可以顺利开展勘探工作。在勘测工作中，需要借助无人机测量，获取无人机飞行航迹，从而推导出目标坐标、原件尺寸。通过地面GPS基站、激光机载，利用测量数据、平差，明确飞机飞行轨迹。技术雷达系统以椭球面作为大地高程，当测量范围较大时，则将地面表面作为平面，忽略误差。叠加测绘信息、基础物理模型，建立精细三维模型，顺利实施矿山工程测量工作。在计算机系统中存储矿山工程模型，并将其应用到其他工程中，可以为矿山开发、修缮、管理提供参考。

森林工业发展过程中，必须科学管理森林资源。在测绘森林时，由于资源面积大，种类多，对测绘工作的影响明显，所以通过激光雷达测绘技术，能够获取森林资源信息。森林工业包括木材生产、林木加工，利用机载激光雷达，可以确保树木高度、树质、地形地貌、生态环境数据的测量结果，使人员获得准确资源信息，科学评价森林质量、生态环境，促进森林工业的发展。

（三）电力系统与管道的应用

地理因素非常复杂，致使电力传输、管道分布的复杂度高。在测绘工程中，合理应用激光雷达测绘技术，测量地理环境、管道线路、电力穿上区域。在布置城市管道、电力系统的监控时，也要依赖激光雷达测绘技术。联合激光雷达系统、数码摄像机、传感器，可以获取准确数据信息，绘制准确线路图。电力工程操作中，机载激光雷达技术的应用较多，首先要转化数码摄像、激光点云数据，从而形成数字模型，整合影像图和模型，建立三维立体模型。电力工程设计人员要按照模型选择最佳线路，应用机载激光雷达技术，定期巡查电力工作，保证电力线路使用的安全性。电力能源运输期间，机载激光雷达技术按照电力管道线路，实时调整飞行线路，测绘成本低廉，能够获取准确的测量数据。在测量工作中，绘制电力传输路线，可以确保电力系统运行的安全性，并且提供稳定能源供应。

在应用激光雷达测绘技术时，通过机载雷达扫描技术，能够突破不良地理因素影响，因此电路多存在于建筑内部与地下，因此应用激光雷达测绘技术时，需要应用无人机、直升机测量，雷达系统起到辅助性作用。使用雷达系统勘测电力线路，可以减少测量偏移，避免对数据准确度产生影响。飞行设备沿着电力传输、管道传输走向、路线，能够高效完成测绘工作，部分传输线路薄弱，所以要确保激光强度选择的适宜性。为了维护采集效果，需要参考电力强弱调整发射激光强度。此外，飞行设备的飞行速度、高度也会对数据采集产生影响，因此在计算机数据分析、模型形成中必须深入分析不良影响因素，采取科学且有效的处理对策，以保证测绘数据的质量。在开展线路测绘工作时，要安装数字相机、录像机，既可以策划数据，还可以检查、维护电力传输线路，确保二者结合的完美度。线路测绘会面临较多危险，因此必须提升精细度要求。在线路测绘工作中，要定期维护激光发射装置、雷达装置，减少设备问题所致数据偏差。合理应用激光雷达测绘技术，可以确保电力网管布置的科学性。

（四）基础工程测绘的应用

在基础测绘工作中，通过应用激光雷达测绘技术，可以确保工程建设质量。基础测绘，切割、反映测绘目标信息，形成初期测绘图纸。在数字测量、摄影工作中，为了获得准确的测绘数据，必须明确实际情况，确保测绘线路的合理性。在基础测绘工作中，合理应用激光雷达测绘技术，可以保证影像、三维坐标的精度，简化复杂的测绘环境。激光雷达测绘技术能够完成基础测绘工程，减少工程测绘成本。

（五）城市规划建设的应用

社会经济的高速发展加快了城市规划进程，针对城市规划工作，基于地理地形，以人工形式获取信息，操作难度大，时效性不足，还会影响测绘准确度。因此，在规划和建设工作中，要合理应用激光雷达测绘技术，以多种方式获取信息，提升数字化城市的建设速度，保证数字影像的高精度。建立数字模型，享受多种资源信息，确保城市规划与建设的有效性。

（六）数字化城市建设的应用

激光雷达测绘技术的应用，可以为数字化城市提供空间信息、数字影像数据，并且为城市三维模型建设提供数据。激光雷达测绘技术，多角度、全方位扫描工程项目，可以获得准确的坐标数据、空间信息，建立城市三维模型。与传统测绘技术相比，激光雷达测绘技术可以消除地理环境、成本的影响，加快数字化城市建设速度。

（七）数字高程建模

建筑工程施工发展中，逐渐出现了数字高程建模方式，可以确保工程施工的科学性。利用数字高程建模，施工企业可以明确分析施工过程的各项因素，如统计土方量，掌握地形通视度等。在建筑测绘工程中，合理应用激光雷达测绘技术，通过激光点收集工程区域的数据建立三维坐标，优化整合数据信息，建立数字高程模型。通过此种方式，可以缩短高程建模速度，维护数字高程建模的准确性。

（八）水下地形测量

激光雷达系统应用不同波长的激光束，真实测量水下地形。应用激光雷达系统，借助红光测量水面，利用蓝绿光测量水底，利用光束的接收时间差，计算水的真实深度。通过激光雷达测绘技术，大面积测量水下地形。同时，在测量海道时，也可以应用激光雷达测绘技术，测量深度达到50m，海水水质清晰度不同，测量深度也不同，因此要水文、航道领域的应用比较多。

五、激光雷达测绘技术的应用注意事项

相比传统测绘技术，激光雷达测绘技术的应用时间短，当技术应用不合理时，就会产生多种失误。激光雷达测绘技术的应用，必须关注到各个注意事项。

（一）加强技术应用

激光雷达测绘技术属于新型技术，要求操作人员学习技术内容与要点，既要掌握设备操作方法，明确操作步骤与技能，还要学习理论知识，了解技术应用的不良问题，规范操作方法与技术措施。定期组织施工单位开展知识教育、技能培训等工作，充分讲解必要的理论知识，做好实践锻炼，正常开展工程测绘工作。

（二）注重测绘设备的检修与维护

在应用激光雷达测绘技术之前，必须保证测绘设备等基础设施完善。当测绘设备出现不良问题时，则会对激光雷达测绘技术的应用效果产生影响，降低施工效率。激光雷达测绘技术的应用，必须定期检修、维护测绘设备，制定详细的设备保养方案，确保测绘设备始终处于良好运行状态，降低设备对测绘工作的影响。

六、工程测绘的案例分析

（一）作用距离量测

将建筑工程作为测量的目标，能见度达到5km，以视激光雷达实现目标成像。通过成像的最远目标距离，作为下视激光雷达的成像距离，见表1。

（二）扫描均匀性量测

在三维地形回测扫描成像中，机载激光雷达技术可以采用扫描体质法。虽然扫描均匀性的合理性很少对目标角度量测产生影响，然而扫描均匀性可以反映出采样点、地形轮廓等。机载三维地形扫描法需要应用激光雷达成像原理，按照测量目标的距离信息，采用插值法处理图像，之后形成目标三维图像。采样点的均匀度对信息与激光图像的贡献度影响大，采样点的均匀度越高，则信息利用率越高。在实验操作中，通过扫描均匀性测试设备，量测激光雷达的光束描述均匀性指标。机载激光雷达发射的激光，可以照射到标准反射板上，通过扫描均匀性设备，可以实现光斑城乡，利用软件校正处理激光镜头、波长、能量，主动识别光斑图像，计算光斑均匀性。地面模拟成像设备上，安装适宜的机载激光雷达系统，可以实现二维扫描，获得建筑体、山体等三维数据，之后达到均匀性扫描成像目标。使用专用量测设备可以获取三维图像，以图像方式呈现出来，检验激光雷达对目标的成像能力。

七、结语

综上所述，测绘技术的现代化发展出现了激光雷达测绘技术，具备全面性、时效性、精确度等优势，因此广泛应用到工程测绘中。合理应用激光雷达测绘技术，要明确技术参数，保证测绘工作的准确性。合理应用激光雷达测绘技术，确保测绘人员熟练操作测绘流程与步骤，从而降低工程测绘成本，简化操作细节，获得准确的测量数据。激光雷达技术的快速发展，使得多个领域都开始应用技术措施，从根本上促进了工程测绘领域的发展。

参考文献

[1]杜洪涛.基于激光雷达的大比例地形测绘与数据联动更新技术[J].科技通报，2023，39（1）：44-48.

[2]王彬.机载激光雷达在机场选址大比例尺地形图测绘中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2022，10（33）：142-144.

[3]罗正龙，袁峥，吴玮.机载激光雷达技术在自然淤积区海岸线测绘中的应用[J].城市勘测，2022，28（4）：87-89.

[4]栾鉴.基于机载激光雷达测量技术的山地农房高精度测绘要点探析[J].西部资源，2022，13（4）：190-193.

[5]江木春，韩亚民，林剑锋.无人机机载激光雷达测绘技术在航道整治工程中的应用[J].水运工程，2022，20（4）：157-160+165.

作者单位：重庆市勘测院