2023年激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用探讨

2023年激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用探讨激光雷达技术可以实现同步、快速、准确地获取空间三维坐标。本文主要分析了激光雷达测绘技术的原理，并探讨了激光雷达技术在森林、数字矿山、水下地形、城市建设等方面的应用。

激光；雷达；测绘；技术

激光雷达测绘技术，即Lidar，是一种高配置高原理集成系统，是当前数码测绘技术的典型代表。激光雷达技术主要由记载GPS提供空间位置，这种技术的激光方向建立在惯性测量技术的基础上。此外，激光系统主要供给激光脉冲，由计算机系统提供高速和大规模的数据存储空间与处理能力。运用激光雷达技术可以同时快速的获得空间三维坐标。实地拍摄的数码摄影像片，在计算机的处理后，可以重现大型实体及场景目标的3D数据模型，呈现设计生活中的事物的真实存在形态，确保快速获取空间信息的效果。

1.激光雷达测绘技术的原理

激光雷达测绘技术是结合了全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）的系统，可以用来获取数据来源，并呈现清晰的DEM。通过密切配合，能精确的区分和重现指定激光速在物体上留下的击打痕迹。这种技术被普遍运用在地面数字高程模型的获取（DEM）、水下DEM的水文LIDAR系统等领域。激光具有精确的测量效果，测距精确度可以达到4cm之内的效果。Lidar系统的高精度不但包括单纯激光作用，还需惯性测量单元（IMU）三者共同发挥作用。

Lidar系统含有单束窄带激光器（1个）和接收系统（1个）。激光器工作的过程主要是：在脉冲的产生和发射后，迅速击打物体表面，发射到原处，最后由接收器处理。光脉冲发射出之后直到发射原地时所用时间均有接收器进行精确的测量和统计。因为光脉冲凭借光速传播，所以，接听器可以准确记录下一个光脉冲发射之前的上一次光脉冲所用时间。因为光速是已知的，传播时间可转换成测量距离。

2.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

2.1快速获取数字高程模型

激光点云数据是激光雷达技术中特点相当明显的数据产品，它产生的数据产物密度和精度都比较高，且能快速清晰的显示点位的三维坐标构架。经人工交替操作或自动运行，将人放射到地面植物中或建筑物之类的地形之外目标上的点云统一分类、滤波或清除，之后构建二角网TIN，就能及时得到DEM。因为激光点密度非常大，数目比较繁多，DEM的生成也成为了现实。

2.2实现基础测绘

基础测绘的产品主要有数字高程模型，还包括数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）和数字栅格地图（DRG）。无论是上述哪种产品的运行，都需要高精度三维信息的协助和引导。数字摄影测量操作起来很复杂，设备的前期准备及技术规划方案都相当严格，要求技术工作人员有熟练的操作水平；在机载激光雷达技术处理下得到的数据和三维坐标，均能达到高精度影像微分纠正的需要，但是DOM的生产变得越来越简易化，不再依靠数字摄影测量，在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。

2.3森林工业的应用

机载激光雷达系统最早应用的商业领域即森林工业，由于森林业发展与国土管理都需要森林及其树冠下端地形的准确数据，而传统技术中很难获得树高及树的密度的精确信息。机载激光雷达与卫星成像不同，当利用这种技术勘测树冠下的地形时，还可同时获得树的高度。

2.4精密工程测量

很多精密工程测量，都需要采集测量目标的高精度三维坐标信息，甚至需要建立精确的三维物体模型，比如：电力选线、矿山和隧道测量、水文测量、沉降测量、建筑测量、变形测量、文物考古等等行业。地面和机载LIDAR就是解决这种实际问题的最有效手段。通过数码像片获取的纹理信息与构筑物模型进行叠加构建三维模型，是进行景观分析、规划决策、形变量测、物体保护的重要依据。

例如LIDAR技术为公路、铁路设计提供高精度的地面高程模型DEM，以方便线路设计和施工土方量的精确计算。在进行电力线路设计时，通过LIDAR的成果数据可以了解整个线路设公共区域内的地形和地物要素情况。在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时，根据电力线路上的LIDAR数据点和相应的地面裸露点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度，这样就可以便于抢修和维护。

2.5进行城市数字化建设

很多地方在21世纪都在力争构建信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台，是构建数字城市的重要研究课题。LlDAR系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字正射影像，为城市提供了最宝贵的空间信息资源，是数字城市建设的重要技术力量。数字城市还需要构建高精度、真三维、可量测，具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术，进行城市三维建模是精雕细琢的工艺，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用LIDAR技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描，可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持下对点云数据进行模型构建和纹理映射，多方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新，为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障。

2.6水下地形测量

一些激光雷达技术采用了两种不同波长的激光束对水底进行测量。比如，SHOALS系统在采用红光（或红外光）测量水面的同时，用蓝绿光穿透水面测量水底，通过这两个光束的接收时间差计算水的深度，因此可以进行大面积的水下地形测量。通常情况下，海道测量Lidar所能测量的海水深度为50m，此一深度随水质清晰度的不同而变化，为航道、近海海洋、水文等行业的人士所推崇。

2.7数字矿山的构建

当前矿山以及依附矿山发展的城市遇到了很大的麻烦，环境由于过度的开采直接导致了环境问题的出现，再者过度的开采面临着严峻的资源枯竭，此外还要考虑市场的近期状况，考虑矿山的内部环节以及人、机、料、法、环方面的影响。当前的有效方式就是加强数字矿山的建设，从多方位多角度去看待问题，以达到根治的目的。数字矿山就是通过运用激光雷达技术快速采集整个矿山的数据，与此同时构建三维模型更好的表现其形式，因为每一部分的构成不同，建模时所考虑的侧重点也不同。一般情况下，应分层构建，同时进行多方位的评价，一般情况主要是进行环境、经济型、自然灾害等方面的评价。如此一来，可以实现高效的反馈数据，连续二十四小时不间断的提供数据，对于整体的模型构建的清晰合理，此外可以预测评估未来可能发生的事故，能帮助我们防患于未然。

2.8电力传输与管道布图

在直升机平台上工作的激光雷达系统，最适用于测量传输线路。由于直升机可以沿着电力线或者管道传输的走廊飞行，比固定翼飞机节约成本，并且直升机可以随时根据需要调整高度和速度，以获得更为精准的数据。如果在激光雷达应用平台中同时使用录像机、数字相机及其他传感设备，既可实现激光雷达测量，也可同步进行线路检查及制图工作。■

[1]杜恩祥，常雷，李文珍.基于阵列法检测的激光驾束制导信息