鐘振宇

摘要：激光技術(shù)在二十世紀(jì)八十年代取到了較快的發(fā)展，并隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑工程測(cè)繪中。激光技術(shù)隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，測(cè)量精度和自動(dòng)化程度有了明顯提高。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)經(jīng)過無數(shù)試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)系統(tǒng)的全面運(yùn)行，現(xiàn)在并應(yīng)用于各個(gè)工程測(cè)量工作中。從近年來激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)不斷地在建筑工程中的實(shí)踐，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在測(cè)量數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化程度及測(cè)量精度等方面，都要優(yōu)越于我們之前傳統(tǒng)的測(cè)量方式，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的運(yùn)用不僅提高了建筑業(yè)的工作效率還減輕了非常大的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)工程測(cè)繪應(yīng)用

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的英文縮寫為LIDAR，這種技術(shù)屬于高原理、高配置集成系統(tǒng)，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)已成為數(shù)碼測(cè)繪技術(shù)最具有代表性的技術(shù)。該測(cè)繪技術(shù)可準(zhǔn)確、同步、快速的獲取三維坐標(biāo)，并利用實(shí)時(shí)拍攝出來的數(shù)碼像片，以計(jì)算機(jī)重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型實(shí)體和場(chǎng)景目標(biāo)的3D數(shù)據(jù)模型。這樣，能夠快速實(shí)時(shí)的重現(xiàn)事物的形態(tài)特征，有效獲取空間信息。在建筑工程實(shí)際測(cè)繪中，單獨(dú)運(yùn)用激光雷達(dá)測(cè)繪可能會(huì)存在測(cè)繪缺陷，這時(shí)可將其和其他技術(shù)結(jié)合使用。當(dāng)然，怎樣運(yùn)用激光雷達(dá)測(cè)繪還需以建筑工程實(shí)際情況判斷。工程測(cè)繪中，激光雷達(dá)測(cè)繪可應(yīng)用在許多不同的方面，例如基礎(chǔ)測(cè)繪、精密工程測(cè)量、電力傳輸與管道布圖、森林工業(yè)的應(yīng)用、快速獲取數(shù)字高程模型、數(shù)字城市建設(shè)等方面。

1激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)原理

激光雷達(dá)是測(cè)量具體事物時(shí)，運(yùn)用相同光頻的波段雷達(dá)以電磁波的形式發(fā)送到需要的測(cè)點(diǎn)上。根據(jù)激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)返回的方式和速度，我們可以及時(shí)判斷該位置的具體數(shù)據(jù)信息。就目前來看，激光雷達(dá)測(cè)繪最大的優(yōu)勢(shì)是，可以完成對(duì)待測(cè)物體的實(shí)時(shí)跟蹤和對(duì)動(dòng)態(tài)信息的掌握，也可以完成對(duì)待測(cè)物體的體積、距離及位置的測(cè)量，激光測(cè)距機(jī)這種測(cè)繪儀器就是根據(jù)這種原理研發(fā)的。由于形式的不同，雷達(dá)在不斷的實(shí)踐中，可以進(jìn)行系統(tǒng)的分類。以不同形式的安裝雷達(dá)平臺(tái)，可分為地面雷達(dá)、航天雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)；而如果以不同的雷達(dá)發(fā)射波形，則分為連續(xù)波雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)和脈沖雷達(dá)三類。相比較其他的光波，激光雷達(dá)方向性、單色性、相干性較好，不會(huì)受大氣環(huán)境和太陽光線影響。距離測(cè)繪采用激光雷達(dá)能夠提升采集數(shù)據(jù)的抗擾能力和可靠性。這種技術(shù)也為測(cè)繪工程、數(shù)字地圖和GIS提供了空間坐標(biāo)和三維模型的準(zhǔn)確信息。

2激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的運(yùn)用

2.1基礎(chǔ)測(cè)繪應(yīng)用

基礎(chǔ)測(cè)繪指的是在具體的工程測(cè)繪過程中的最基本的目的和基本要求的實(shí)施，工程測(cè)繪過程就是精確搜集、整理測(cè)物體信息。基礎(chǔ)測(cè)繪開始階段，要基本切割和反映數(shù)字影像，并做出初步測(cè)繪地圖。一般而言，數(shù)字測(cè)量、攝影技術(shù)對(duì)測(cè)繪工程來講是非常重要以及復(fù)雜的工作，要以測(cè)繪工程特征，精確規(guī)劃設(shè)計(jì)測(cè)繪工程基本線路和程序。再進(jìn)行檢驗(yàn)后，激光雷達(dá)測(cè)繪能以數(shù)字三維坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)地面三維坐標(biāo)定位。因?yàn)闄C(jī)載激光雷達(dá)的地面三維坐標(biāo)，糾正了高精度的影像，讓數(shù)字正射的影像實(shí)現(xiàn)容易很多，很大程度的降低了成本，因?yàn)椴槐匾褂脭?shù)字?jǐn)z影測(cè)量平臺(tái)，規(guī)?；a(chǎn)在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中就可以完成。除此之外，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度可以直接的反應(yīng)植被以及地物等三維信，因此我們可以充分利用這些有效資源，不斷地提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量以及效率，完成更加精確的測(cè)量和判讀。測(cè)繪產(chǎn)品不僅有數(shù)字高程模型，還有數(shù)字線劃地圖DLG、“4D”產(chǎn)品、數(shù)字柵格地圖（DRG）和數(shù)字正射影像（DOM）。當(dāng)然，DLG、DOM產(chǎn)品若要快速運(yùn)行，不能缺少高精度的三維信息引導(dǎo)和協(xié)助。

2.2測(cè)量精密工程

許多緊密工程測(cè)量，關(guān)系到采集測(cè)量目標(biāo)。在這個(gè)過程中，要求有高精度的三維坐標(biāo)。若是在施工時(shí)則要構(gòu)建更為完整、精確的三維物體構(gòu)架。如：文物考古、變形測(cè)量、建筑測(cè)量、沉降測(cè)量、水文測(cè)量、隧道測(cè)量、沉降測(cè)量、礦山及測(cè)量劃分隧道線路和建筑工程。而在這一系列的測(cè)量過程中，許多實(shí)際性的問題都可以通過地面激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)得到最佳的解決。先統(tǒng)一配置在實(shí)踐過程中收集整理的構(gòu)筑物體模型、紋理信息，構(gòu)建科學(xué)化的三維模型。而這也是在物體模型保護(hù)、景觀調(diào)查和場(chǎng)景布局中的關(guān)鍵依據(jù)。比如激光雷達(dá)測(cè)繪，為鐵路設(shè)計(jì)和公路設(shè)計(jì)提供了精確的地面高程模型，讓線路設(shè)計(jì)和施工方法取得了準(zhǔn)確計(jì)算。而在電力線路設(shè)計(jì)時(shí)，以激光雷達(dá)技術(shù)的數(shù)據(jù)和成果，可以對(duì)所有公共區(qū)域內(nèi)的地物、地形因素有所了解。還可以利用激光雷達(dá)技術(shù)在密集的樹林內(nèi)，估算出要砍伐樹木的木材量和面積，除此之外，在進(jìn)行電路線維護(hù)或搶修時(shí)，依據(jù)相應(yīng)地面裸露點(diǎn)的高程，以及電力線路上的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以此可以計(jì)算出任意位置線路與地面的距離和高度，這樣就為維護(hù)與搶修提供了方便有效的方法。

2.3迅速獲取數(shù)字高程模型

在激光雷達(dá)測(cè)繪中，特征最為明顯的數(shù)據(jù)產(chǎn)品是激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，它具有高密度和高精度的特征。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)能快速及時(shí)的顯示出清晰準(zhǔn)確的點(diǎn)位，再加上人工交替處理和自動(dòng)運(yùn)行的方式，將人放射進(jìn)植物、房屋、建筑物等中等的非地形目標(biāo)上，統(tǒng)一濾波、分類和清除掉目標(biāo)上的點(diǎn)云，隨后便能構(gòu)建出不規(guī)則式二角網(wǎng)TIN，并及時(shí)獲取DEM。由于激光點(diǎn)很大，較為繁多，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)高精度、高分辨率的DEM。故此，激光雷達(dá)測(cè)繪可以快速采集DEM數(shù)據(jù)，效率也很高。該產(chǎn)品精確度完全可以實(shí)現(xiàn)多行業(yè)高程需要。

2.4數(shù)字城市建設(shè)的規(guī)劃

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自21世紀(jì)以來，我國多個(gè)地區(qū)積極構(gòu)建數(shù)字城市建設(shè)，并把該項(xiàng)目作為信息化目標(biāo)。數(shù)字城市基本平臺(tái)、框架中的空間信息，屬于城市建設(shè)規(guī)劃中的重要內(nèi)容。現(xiàn)階段，通過運(yùn)用激光雷達(dá)測(cè)繪，能夠讓數(shù)字正射影像、數(shù)字地面模型取得高分辨率、高精度的獲取，為我們的數(shù)字城市建設(shè)規(guī)劃和快速發(fā)展提供最重要的信息資源，這也是數(shù)字城市建設(shè)規(guī)劃中的最大技術(shù)支持。

2.5森林工業(yè)中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

事實(shí)上，機(jī)載激光雷達(dá)最早應(yīng)用在森林工業(yè)中，由于國土資源管理與森林業(yè)需要有森林地形和樹木樹冠下端的精確數(shù)據(jù)，以往的傳統(tǒng)技術(shù)很難獲取樹密度和樹高的精確信息。因?yàn)闄C(jī)載激光雷達(dá)和衛(wèi)星的成像有區(qū)別，當(dāng)我們使用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)不僅可以勘測(cè)樹冠下的地形，同時(shí)也可以獲得樹高度的準(zhǔn)確信息。在后期數(shù)據(jù)處理過程中，可以將激光返回值劃分為兩大部分，即地面返回值和植被返回值。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出生態(tài)環(huán)境、樹冠覆蓋、材質(zhì)以及樹高等更多林業(yè)相關(guān)信息，這些都是之前傳統(tǒng)的地面測(cè)量和攝影測(cè)量不可以做到的。

3結(jié)語

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在不斷地發(fā)展中，會(huì)類似其他的工程、科學(xué)技術(shù)，逐漸向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。關(guān)于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)知識(shí)模塊理論探討研究，也經(jīng)過長期的對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐問題的處理，也在慢慢的穩(wěn)定的、成熟的發(fā)展。但是我國的激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)相對(duì)于發(fā)達(dá)國家了解和掌握熟練程度還是有一定的距離，而且在激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用研究方面也是同國際發(fā)達(dá)國家相對(duì)比較落后的。所以我國的激光雷達(dá)測(cè)繪依舊有很廣泛的發(fā)展前景和挖掘潛力。激光雷達(dá)測(cè)繪的后期工作中，會(huì)出現(xiàn)許多信息收集整理、處理數(shù)據(jù)和一系列的類似問題。而這些問題都要由我國科技人員不懈的實(shí)踐和努力才能更好的處理。將激光雷達(dá)測(cè)繪應(yīng)用在工程測(cè)繪領(lǐng)域，在今后能為我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供高效率的服務(wù)，為日后的處理激光測(cè)高數(shù)據(jù)方法研究與激光測(cè)高技術(shù)應(yīng)用研究提供了重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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