论述激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

论述激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

项方月

宁波市天一测绘设计研究有限公司浙江宁波315040

摘要：对一项工程而言，若要高质且顺利地完成，必须做好前提工作，尤其是工程测绘。测绘水平直接关系着设计方案是否合理，对后续工作影响重大。为提高测绘效率及精确度，有必要引进现代化高新技术，比如：激光雷达测绘技术；本文对激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用进行了探讨。

关键词：工程测绘；激光雷达测绘；应用

引言：

在过去，我国工程测绘工作所应用的均为传统测绘技术，传统技术对于测绘工程可以提供一定程度的帮助，但效果并不是十分明显，同时，在长期的应用过程中，传统测绘技术的劣势也开始逐渐显现，因此，将新的技术应用到工程测绘中开始变得迫不及待。激光雷达测绘在工程测绘中的应用具有很大优势，大量实践证明，这一测绘技术的应用对于测绘效率的提高以及测绘结果的准确性都十分重要。

一、激光雷达测绘技术的简介

1、激光雷达测绘关键技术的分析

（1）激光发射机技术。现在，激光雷达发射机选择的光源主要是气体激光器和半导体泵浦固体激光器等。半导体激光器是一种小型化的激光器，工作物质几十种。主要激励方式有电泵式、电注入式和高能电子束。大部分是电注入激励。通过多年来研究，其得到了很大的发展。波长覆盖范围越来越大，各项的性能参数和输出功率也得到不断提到，应用在某些重要领域。半导体泵浦固体激光器优点是量子效率高，重量轻、体积小、稳定可靠、工作寿命长，输出地光束质量好，已经可以解决工程的应用问题，是发展最快、前景最好的激光器。目前气体激光器是一种种类最多，应用最广、输出的激光波长最丰富的激光器。优点是输出波长的范围很宽，气体光学均匀性好，输出光束质量较好，稳定性好等。

（2）空间扫描技术。扫描方式分为扫描体制和非扫描体制，目前国内多采用扫描体制。应用最多的是机械扫描方式，扫描频率很高，能用不同机械结构得到不同扫描图样。二元光学式新兴重要分支，但目前工程应用还不成熟，扫描角度小，透过率也较低。

（3）终端信息的处理技术。该处理系统不仅要同步协调控制各个传动结构、扫描机、激光器和各个信号处理电路，还要处理从接收机送出信息，目标距离信息要努力获取，同时还要完成录取、产生及处理重构系统的三维图像数据。目前设计该系统主要采用计算机和大规模集成电路完成，用FPGA技术实现测距单元，同时还要采用精密测时的技术等。

（4）高灵敏度接收机的设计技术。接收单位由光电探测器、光学系统和回波检测处理电路等等组成，设计基本要求是：高回波探测概率、高接受灵敏度以及低的虚警率。工程应用中，要合理提高接收机的灵敏度来提高激光测距机性能。激光接收机核心部件是探测器，一定要合理选择使用探测器。由于雪崩光电二极管有可靠性好、体积小、内增益高等优点，首选用在工程中。

2、国内外目前典型激光雷达测量系统

由于科学技术的不断进步，国内外的典型激光雷达主要表现在：火控激光雷达方面是激光雷达在火控的系统中同微波雷达和红外系统的复合，它具有精度高，抗干扰的能力，适用于对超低空目标、舰载系统等火控系统。还有远程精密跟踪测量雷达，是美国海军空间同司令部和弹道导弹的组织下，美国麻省理工学院实验室研制的“火池”激光雷达，是一种大功率、宽带、成像和测量距离的雷达，可以识别真假目标和多弹头。还有测风激光雷达。20世纪90年代以来，随着半导体二极管激光器的发展，解决了激光雷达的实用性。

二、激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

1、基础测绘

在基础测绘中，包含数字正射影像、数字线划地图以及数字栅格地图。对于数字正射影像与数字线划地图来说，其生产离不开高精度三维信息的技术支持。例如，数字正射影像就是在精确的地形信息基础上，实现数字微分纠正而获得。由于数字摄影测量工作的程序较复杂，对设计要求与技术路线也非常严格，同时对生产人员提出更高的技能要求。而机载激光雷达技术所提供的地面三维坐标，则可以满足高精度影像微分纠正的要求，让数字正射影像生产更加容易，并不需要数字摄影测量平台，极大降低成本，在一般遥感图像处理系统中就可以实现规模化生产。另外，高精度的激光点云数据，可直观反映地物、植被等三维信息，充分利用这些资源，实现更加精准的判读与测量，提高数据的采集效率与质量。

2、数字矿山的构建

数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要，也对促进矿山可持续发展具有重要作用。近年来，我国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境，而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重，矿山系统内的功能受到局限，矿山的人力、物力、财力都有所影响。

若想解决这些问题，必须加强对数字矿山的重视。利用激光雷达数据滤波迅速提取矿区内的相关数据，建立起三维虚拟地面模型，并确定建筑物的合理区域，提取建筑物的顶面信息，以重建建筑物模型。建筑物的模型和地面的分层组合建模、匹配融合等，实现塌陷区的生态环境与经济评价，对由于沉陷造成的土地侵蚀与裂缝进行分析，调查沉陷区的建筑物破坏情况，以及检测滑坡地质灾害等。

3、规划城市建设

自从进入21世纪，数字电视已成为各地力争构建的信息化目标。空间信息则成为数字城市的基础平台与框架，也是规划城市建设的重要内容。通过激光雷达测绘技术的应用，可以获得高精度、高分辨率的数字正射影像与数字地面模型，为城市规划与发展提供宝贵的空间信息资源，也是构建数字城市的重要技术支持。

另外，若想构建数字城市，还需要满足可测量、真三维、高精度等要求，具有真实效果的城市三维模型是管理城市的虚拟平台。如果应用传统技术，若想实现城市三维建模，工艺比较复杂，且工作量大、工作效率低，最终效果不理想，对数字城市的服务深度与宽度有所影响。如果利用激光雷达测绘技术，对地面建筑物进行空中激光扫描或者地面多角度激光扫描，则可迅速获得高精度、高密度的三维点坐标，再加上软件的后期处理，即实现点云数据的模型构建与纹理映射，全方位构建城市三维模型，对数字城市建设的基础数据持续性、历史性提供保障。

4、精密工程的测量

激光雷达测绘技术还可以在精密工程中得到应用，其中比较常见的就是对测量目标进行采集，实现三维坐标和模型。应用范围较广的就是进行水文、建筑、沉降以及电力等行业的测量。将激光雷达技术应用到其中是解决实际问题的主要途径。在这一过程中，工作人员还可以利用数码相机来获得所需的信息，促进三维模型的构建。另外，在精密工程的测量工程中应用激光雷达技术还可以对实际的景观建筑进行规划，不断完善物体的保护以及规划决策工作。

三、结束语

综上所述，目前激光雷达测绘技术在我国工程测绘中应用的十分的广泛，而且和传统的工程测绘技术相比较，它不仅有着较高的精度和准确性，还可以有效的提高工程测绘的效率。不过由于激光雷达测绘技术在我国起步的比较晚，在对数据处理方面还不够成熟，因此我们还要深入研究，对其进行适当的改进和完善，从而有效的推动我国测绘行业的发展。

参考文献：

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[2]李磊，郑永超，彭凤超，邓全.地形测绘激光成像雷达技术研究[J].红外与激光工程.2012（S3）

[3]屈增风，靳辰飞，赵远，孙秀冬.新型光纤激光雷达的结构理论分析与作用距离计算[J].红外与激光工程.2014（02）