工程測繪中激光(guāng)雷達測繪的(de)應用(yòng)分(fēn)析

發布日期：2018-07-17 00:00 浏覽量：7732

　　1、引言

　　随著(zhe)現代科學技術的(de)快(kuài)速發展， LIDAR技術日益受到人(rén)們的(de)普遍關注。通(tōng)過此項技術可(kě)以成功獲取空間三維信息，且獲取數據信号信息的(de)方法簡單、快(kuài)速，方便使用(yòng)。爲此，在我國工程測繪領域中常常使用(yòng)LIDAR技術來(lái)獲取數字高(gāo)程模型，并對(duì)一些精密工程進行測量。目前，LIDAR技術的(de)應用(yòng)範圍越來(lái)越廣、應用(yòng)效果越來(lái)越得(de)到了(le)人(rén)們的(de)認可(kě)。

　　2、激光(guāng)雷達的(de)分(fēn)類與工作原理(lǐ)

　　人(rén)們對(duì)激光(guāng)雷達的(de)分(fēn)類一般是依據激光(guāng)器與探測技術進行分(fēn)類，也(yě)可(kě)以根據雷達功能給予分(fēn)類。人(rén)類在實踐中已經發明(míng)了(le)多(duō)種激光(guāng)器，目前市場(chǎng)上激光(guāng)器的(de)種類比較多(duō)，比如：CO2激光(guāng)器與氦-氖激光(guāng)器等。依照(zhào)探測技術，可(kě)以将激光(guāng)雷達分(fēn)成2種類型，即直接探測型與相幹探測型。依據功能來(lái)劃分(fēn)，則可(kě)以分(fēn)成跟蹤、目标識别、流速測量、成像雷達與振動傳感等多(duō)種雷達。激光(guāng)雷達的(de)工作原理(lǐ)跟無線電雷達的(de)基本一樣，均依賴于所使用(yòng)的(de)探測技術。

　　激光(guāng)雷達在工作時(shí)，先由激光(guāng)發射系統發出信号，經過目标反射以後直接被信号接收系統所收集，這(zhè)樣就可(kě)将激光(guāng)信号往返傳播的(de)時(shí)間測量出來(lái)，從而确定所測目标之距離。對(duì)于所測目标之徑向速度，我們可(kě)通(tōng)過反射光(guāng)之多(duō)普勒頻(pín)移進行确定，通(tōng)過測量出2個(gè)或者2個(gè)以上的(de)距離，則可(kě)以準确計算(suàn)出目标變化(huà)率，從而獲取有效目标速度。

　　3、激光(guāng)雷達技術在工程測繪中的(de)應用(yòng)

　　3.1準确快(kuài)速獲得(de)數字高(gāo)程模型

　　通(tōng)過激光(guāng)雷達技術可(kě)以獲取“兩高(gāo)”（即密度高(gāo)與精度高(gāo)）的(de)數據産品，這(zhè)種激光(guāng)點雲數據可(kě)以如實地反映出各點位間的(de)三維坐(zuò)标。因爲激光(guāng)點的(de)密度大(dà)且數目比較多(duō)，這(zhè)就可(kě)以讓我們在實踐中生産出一種精度高(gāo)并且分(fēn)辨率也(yě)高(gāo)的(de)數字高(gāo)程模型（DEM）。爲此，我們可(kě)以通(tōng)過激光(guāng)雷達技術對(duì)一些數據要求比較高(gāo)的(de)産品進行快(kuài)速測量，以滿足社會各行各業對(duì)數字高(gāo)程的(de)實際需要。

　　3.2基礎測繪的(de)實施　

DOM（數字正射影(yǐng)像）、DLG（數字線劃地圖）與DRG（數字栅格地圖）是工程基礎測繪中的(de)常見産品。其中，DOM與DLG這(zhè)2種産品在日常生産實踐中離不開高(gāo)精度的(de)三維信息及其支持。比如，DOM這(zhè)種産品，它是在數字高(gāo)程模型給予一些精确的(de)地形信息的(de)支持下(xià)，然後通(tōng)過對(duì)數字進行微分(fēn)才糾正得(de)到的(de)。假如無真實、可(kě)靠性強的(de)數字高(gāo)程模型資料，則傳統生産出來(lái)的(de)數字正射影(yǐng)像方法要通(tōng)過運用(yòng)數字攝影(yǐng)測量等方法才能順利完成。而通(tōng)過遙感圖像的(de)處理(lǐ)系統就可(kě)以順利實現數字信息産品規模化(huà)的(de)生産。同時(shí)，這(zhè)些精度高(gāo)的(de)激光(guāng)點雲數據是可(kě)以直觀形象地反映出植被與地物(wù)之間的(de)各種三維信息，運用(yòng)此類的(de)數據資源，則數字線劃地圖就可(kě)準确判讀與測量地形地物(wù)地貌，采集數據也(yě)就更容易了(le)。

　　3.3精密工程測量

　　在實際中，一些精密的(de)工程測量均是需要大(dà)量采集測量目标（高(gāo)精度三維坐(zuò)标信息），有時(shí)也(yě)需要爲其建立起一種精确度高(gāo)的(de)三維物(wù)體模型。例如：在電力選線、礦山與隧道、水(shuǐ)文與沉降等各種行業的(de)工程測量中，要求精密度比較高(gāo)。而運用(yòng)激光(guāng)雷達技術，則可(kě)以較好地解決上述實際工程測量精密度高(gāo)的(de)問題。運用(yòng)數碼像片所獲得(de)的(de)一些紋理(lǐ)信息，以及通(tōng)過構築物(wù)的(de)模型進行疊加而建立起來(lái)的(de)三維模型，常常運用(yòng)在工程景觀的(de)分(fēn)析與規劃，以及形變量測與物(wù)體保護中。

　　激光(guāng)雷達技術可(kě)以提供給公路設計以及鐵路設計精度極高(gāo)的(de)基于地面的(de)高(gāo)程模型，從而方便對(duì)這(zhè)些工程線路的(de)設計與施工進行更加準确的(de)計算(suàn)。在設計電力線路的(de)時(shí)候，運用(yòng)激光(guāng)雷達得(de)到的(de)各種成果數據，能夠全面了(le)解與掌握電力線路需要設立的(de)一些公共區(qū)域，及其區(qū)域内地形與地物(wù)的(de)實際情況。在一些樹木(mù)密集的(de)地區(qū)，通(tōng)過激光(guāng)雷達技術可(kě)以方便估算(suàn)出所需要開采樹木(mù)的(de)大(dà)概面積與木(mù)材量。運用(yòng)激光(guāng)雷達技術還(hái)可(kě)以爲電力線搶修與維護提供很大(dà)的(de)方便，依照(zhào)在電力線路上的(de)那些激光(guāng)雷達數據點，及與之對(duì)應的(de)一些裸露點（地面）高(gāo)程，能夠較好地測量計算(suàn)出每一個(gè)線路與地面之間的(de)高(gāo)度，從而便于工人(rén)搶修與維護電力線。

　　3.4數字城(chéng)市建設

　　随著(zhe)當前我國城(chéng)鎮化(huà)建設的(de)大(dà)力推進，一些城(chéng)市正朝著(zhe)數字城(chéng)市信息化(huà)目标方向前進。而空間信息就是打造數字城(chéng)市之重要的(de)框架與平台，也(yě)是建立數字城(chéng)市之核心環節。激光(guāng)雷達技術則能夠獲得(de)一系列分(fēn)辨率極高(gāo)、且精讀性極高(gāo)的(de)地面模型（數字），進而可(kě)以爲數字城(chéng)市建設提供一些非常寶貴的(de)空間信息資源。爲此，激光(guāng)雷達技術可(kě)以說是當前城(chéng)市建設之核心技術。

　　與此同時(shí)，在建設數字城(chéng)市進程中需要構建出精度高(gāo)、真實感比較突出的(de)城(chéng)市三維模型，這(zhè)種三維模型主要是當作管理(lǐ)數字城(chéng)市的(de)一種虛拟平台。然而，運用(yòng)傳統的(de)測量技術，構建城(chéng)市三維建模，其工作量非常大(dà)，任務極其繁重，工作效率又非常低，顯然得(de)到的(de)效果是不好的(de)，在很大(dà)程度上直接影(yǐng)響了(le)數字城(chéng)市服務面的(de)深度。在工程實踐中，人(rén)們發現運用(yòng)激光(guāng)雷達技術可(kě)以在空中或地面通(tōng)過激光(guāng)多(duō)角度掃描地面的(de)建築物(wù)，從而能夠快(kuài)速、準确獲知所測量目标的(de)三維點（高(gāo)密度且高(gāo)精度）的(de)空間坐(zuò)标，然後再借助計算(suàn)機軟件，可(kě)以較好地對(duì)點雲數據實施模型建構與紋理(lǐ)的(de)映射，甚至可(kě)以全方位地構建出面積比較大(dà)的(de)數字城(chéng)市的(de)三維模型；同時(shí)還(hái)能夠實時(shí)、動态地更新三維模型，從而爲我們數字城(chéng)市的(de)建設提供一些可(kě)靠的(de)、持續的(de)、真實的(de)基礎性數據源。

　　3.5水(shuǐ)下(xià)地形測量

　　一些激光(guāng)雷達系統是運用(yòng)了(le)2種波長(cháng)不同的(de)激光(guāng)束，有益于對(duì)水(shuǐ)下(xià)地形的(de)真實測量。例如，通(tōng)過激光(guāng)雷達系統可(kě)以運用(yòng)紅光(guāng)或者紅外光(guāng)對(duì)水(shuǐ)面進行測量，還(hái)可(kě)以運用(yòng)藍綠光(guāng)通(tōng)過穿透水(shuǐ)面的(de)方式來(lái)測量水(shuǐ)底，接著(zhe)運用(yòng)2光(guāng)束（約等于）的(de)接收時(shí)間差來(lái)進一步計算(suàn)出水(shuǐ)的(de)真實深度。所以，能夠運用(yòng)激光(guāng)雷達技術對(duì)水(shuǐ)下(xià)地形進行大(dà)面積的(de)測量。此外，可(kě)以運用(yòng)激光(guāng)雷達技術對(duì)海道進行測量，其測量海水(shuǐ)的(de)深度最高(gāo)可(kě)達50m，這(zhè)個(gè)測量深度是随著(zhe)海水(shuǐ)水(shuǐ)質的(de)清晰度有一定的(de)所變化(huà)，普遍受到航道與水(shuǐ)文等多(duō)種行業的(de)歡迎。

　　3.6其他(tā)方面的(de)應用(yòng)

　　激光(guāng)雷達技術可(kě)以結合其他(tā)一種或多(duō)種定位技術，可(kě)以實時(shí)、高(gāo)精度的(de)獲得(de)範圍很廣的(de)DEM，從而更加直接獲得(de)實際、客觀的(de)地表三維信息，爲此可(kě)以運用(yòng)在堤壩及隧道等一些複雜(zá)項目的(de)目标跟蹤以及監測中。比如，激光(guāng)雷達技術結合GIS技術，能夠快(kuài)速準确測定堆積物(wù)容積，可(kě)以運用(yòng)于一些工程的(de)開挖，還(hái)能夠應于于智能交通(tōng)建設與管理(lǐ)、城(chéng)市規劃設計、通(tōng)訊網絡工程的(de)布設等其他(tā)方面。

　　4、結論

　　激光(guāng)雷達技術可(kě)以快(kuài)速、準确、方便地獲得(de)一些三維空間信息，因此與其它經典測量技術相比，更具先進性與可(kě)行性。尤其對(duì)于工程測繪領域而言，随著(zhe)激光(guāng)雷達技術的(de)加速度發展，以及人(rén)們對(duì)各種三維控制信息的(de)需求不斷增加，激光(guāng)雷達技術定會在其他(tā)科學技術手段的(de)支持與配合下(xià)，成爲采集三維空間數據信息的(de)“高(gāo)手”。相信，随著(zhe)社會的(de)發展以及高(gāo)新科技的(de)開發與應用(yòng)，激光(guāng)雷達技術會變得(de)更加成熟、獲取的(de)三維信息數據的(de)精度會更高(gāo)、速度會更快(kuài)，其發展與應用(yòng)空間會更加廣闊，一定會在工程測繪領域中作出更大(dà)的(de)貢獻。

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