胡元寶

（黔西南州水利電力勘測設(shè)計院，貴州 黔西南 562400）

工程測繪是集測繪管理學(xué)、空間精密定位與導(dǎo)航、城市與工程建設(shè)及其測量工程等方面的基本知識和技能為一體，進行空間、大地地貌、地質(zhì)構(gòu)造等各種信息的測量并繪制成地形圖的特殊行業(yè)，為國土資源管理及國民經(jīng)濟提升做出了巨大貢獻。伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國社會各行各業(yè)得到全新的發(fā)展空間，工程測繪的覆蓋領(lǐng)域愈加廣泛，對技術(shù)應(yīng)用提出全新的標(biāo)準(zhǔn)要求，這就需要靈活運用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，促進工程測繪的轉(zhuǎn)型升級，確保測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，更好地滿足當(dāng)下社會的發(fā)展需求[1]。

1 航空攝影與激光雷達技術(shù)相關(guān)概述

1.1 航空攝影測量技術(shù)

航空攝影測量技術(shù)是航空系統(tǒng)中的重要組成，主要以飛行控制系統(tǒng)為載體，取得高精準(zhǔn)的地面圖像數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確繪制大型地形圖，為國土資源調(diào)查與管理、地質(zhì)勘查、工程測量、竣工測量等提供可靠參考。相比于傳統(tǒng)工程測量方法，航空攝影具有以下幾個優(yōu)勢：一是著陸靈活性強，不會受到地形和環(huán)境的限制，并且無人機的占用和降落不高，實現(xiàn)隨時隨地起飛；二是在保證運營效率與質(zhì)量的同時，允許低空飛行，并且不會受到300m～1200m 云層的影響，適當(dāng)延長空中運行時間，保證運行通暢正常；三是有助于高分辨率數(shù)據(jù)搜集速度的有效提升。借助無人機導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)的非儀器數(shù)碼攝影頭，實現(xiàn)短時間內(nèi)表面信息的準(zhǔn)確獲取，逐步形成三維可視化圖像，并且在高分辨率數(shù)據(jù)圖像的幫助下，使測量領(lǐng)域的真實情況得到真實反映。其中，3D 模型數(shù)據(jù)便是以無人機、GPS 集合而成的新模塊，通過地面位置數(shù)據(jù)、高范圍數(shù)據(jù)的深度融合，逐步形成數(shù)字地形，這在保證生產(chǎn)效率的前提下，減少運營成本投入，有力保障數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度。

1.2 激光雷達測繪技術(shù)

激光雷達技術(shù)又稱為激光雷達測量和測繪，借助電磁波進行信號傳輸，準(zhǔn)確掌握測量位置的實際情況，通過對比分析傳輸與接收的信號數(shù)據(jù)，進而對被測物體的高度、寬度、距離等進行正確計算，查看物體處于靜止或移動狀態(tài)，進而實現(xiàn)對被測物體的追蹤測量[2]。合理運用激光雷達技術(shù)，能夠準(zhǔn)確獲取三維空間坐標(biāo)，實現(xiàn)與工程測繪的同步發(fā)展。其中，通過RealWorks、pointools、云點處理等多種方式，建立建模軟件，創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型，全面反映出被測物體的真實狀態(tài)。以激光雷達測繪技術(shù)為載體的數(shù)據(jù)模型，有效突破以往測量方法中的局限性，精準(zhǔn)測量高精度三維空間數(shù)字信息，高精度、快速度、范圍廣等，是它的主要優(yōu)點。將激光雷達技術(shù)中的Lidar 與虛擬現(xiàn)實進行融合運用，有助于洪水、干旱、地震等自然災(zāi)害的全天候監(jiān)測，準(zhǔn)確掌握被測區(qū)域的氣候條件，及時發(fā)送實時預(yù)警信號，提供更及時有效的救援及災(zāi)害預(yù)防，將其應(yīng)用在工程建設(shè)領(lǐng)域，能夠促進交通安全系統(tǒng)智能管理目標(biāo)的順利實現(xiàn)，科學(xué)規(guī)劃城市建設(shè)，促進環(huán)境保護工程的順利建成。

2 航空攝影在工程測繪中的應(yīng)用

2.1 路線規(guī)劃與設(shè)計

在攝影測量操作前期，工作人員應(yīng)結(jié)合實際，科學(xué)規(guī)劃無人機飛行航線，做好航拍分區(qū)處理，合理確定飛行速度、高度、比例尺等重要參數(shù)。對于航拍分區(qū)，應(yīng)根據(jù)被測領(lǐng)域地形做好分區(qū)處理，確保地形起伏不會對圖像記錄的準(zhǔn)確性帶來影響；對于飛行高度與速度的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)航空攝影技術(shù)中地面分辨率、相機參數(shù)，與尺度、重疊度等相關(guān)要求融合處理后進行高度控制，而速度則需根據(jù)圖像清晰度進行設(shè)置，要注意對建筑障礙物的合理避讓；在標(biāo)尺確定環(huán)節(jié)中，應(yīng)充分考慮到成本、精度、周期等重要參數(shù)，避免標(biāo)尺過低對測量精度帶來不利影響，同時防止標(biāo)尺過大影響工作效率。在航拍時間安排方面，要優(yōu)先選擇晴天作業(yè)，在大氣透明度較好的時間內(nèi)進行，并且在中午前后2h，惡劣天氣應(yīng)禁止作業(yè)。此外，路線設(shè)計人員應(yīng)準(zhǔn)確掌握本次測繪工作的高程標(biāo)準(zhǔn)、重疊度、分辨率等，妥善選擇航拍相機、攝影基線測量、高度計算等操作方法，最大限度保證整體覆蓋。

2.2 測繪區(qū)域控制網(wǎng)布置

結(jié)合測繪區(qū)域真實面貌，充分利用測繪區(qū)域控制網(wǎng)，構(gòu)建空中三角網(wǎng)坐標(biāo)平差，以現(xiàn)有控制點為基礎(chǔ)，開展現(xiàn)場測繪工作，直接定位地圖地形，做好室內(nèi)控制點數(shù)加密處理，為航空測量提供支持[3]。在此期間，要應(yīng)用到像片外方位、控制點等多個方向要素，進而為4D 制程提供像片定向參數(shù)和控制點，逐步建立起以測繪制圖為核心的通用測繪體系，并在模型建立期間做好地面點坐標(biāo)的求解工作。在測繪區(qū)布置期間，應(yīng)具備良好的全局性目光從全局性角度出發(fā)，以便通過控制網(wǎng)，深度掌握航空攝影測繪的方方面面，進而有效提高測繪工作質(zhì)量，減少作業(yè)期間問題的出現(xiàn)，保證測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。

2.3 測量圖與外業(yè)補測應(yīng)用

以無人機航空攝影測量技術(shù)為載體開展工程測繪，科學(xué)測量并深入研究項目區(qū)域和地面，準(zhǔn)確獲取工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息，科學(xué)運用現(xiàn)代化軟件技術(shù)，對已獲取工程數(shù)據(jù)信息進行對比分析，按照我國相關(guān)政策要求，建立數(shù)字CAD 信息模型。在這種情況下，能夠使地形信息的真實情況得到反映，結(jié)合其中的信息映射、距離轉(zhuǎn)換搜索等內(nèi)容，為后期的圖像數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用提供有力保障。在土地數(shù)據(jù)測量中，補充現(xiàn)場測量技術(shù)是比較常見的技術(shù)手段，在現(xiàn)場施工作業(yè)時，相關(guān)技術(shù)人員要對無人機獲取信息展開深層次的檢查、測試與評估工作，進而對所拍攝的測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度進行確定。之后，由工程師檢查并分析測量區(qū)域內(nèi)的特定地形和地理位置，并對人工場所展開深入調(diào)查，以此保證測量結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確。

2.4 數(shù)據(jù)處理

正確的數(shù)據(jù)處理與管理是保證工程測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的重要方式。在工程項目建設(shè)期間，應(yīng)提前對所得數(shù)據(jù)進行核對處理，客觀判定所得成像畫面質(zhì)量，若畫面清晰且質(zhì)量極佳，即代表該數(shù)據(jù)可以運用；若最終顯示成像與工程測繪要求存在偏差，應(yīng)深入分析偏差形成原因，合理制定有效的解決措施，最大限度地減少二者之間的差異性[4]。在此期間，應(yīng)注重操控人員技術(shù)方法的強化，定期開展技術(shù)培訓(xùn)會議，著重培養(yǎng)技術(shù)人員數(shù)據(jù)分析及突發(fā)問題的解決能力，不斷夯實技術(shù)隊伍知識儲備，保證測量數(shù)據(jù)分析的正確與可靠性，進而有效提高航空測繪質(zhì)量。值得注意的是，為有效改善圖像失真現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合實際拍攝情況，做好通信設(shè)備的更新與更換處理，以此保證測量期間所捕獲數(shù)據(jù)、圖像的準(zhǔn)確性，提高數(shù)據(jù)傳輸有效性，并定期對航空設(shè)備進行測試與維保處理，確保航空設(shè)備始終處于良好運行狀態(tài)。

3 激光雷達技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)測繪

一般情況下，基礎(chǔ)測繪通常在獲取測繪對象基本信息的前提下，進行相應(yīng)的測繪處理工作，也就是對被測對象的數(shù)字影像進行切割反映，進而為后期工程建設(shè)打好基礎(chǔ)的初步測繪。但就事實而言，基礎(chǔ)測繪造成流程比較繁雜，想要使測繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度得以有力保障，就需結(jié)合實際情況，嚴格、精細規(guī)劃測繪方案，精準(zhǔn)定位三維坐標(biāo)。在此期間，應(yīng)充分利用激光雷達測繪技術(shù)，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，對地面三維地表、測繪重點、測繪流程等進行確定，結(jié)合現(xiàn)實情況及時糾正高精度微分，以此保證所測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)無誤。值得注意的是，這樣的測繪方式能夠使被測領(lǐng)域的地物、植物等物體三維信息得到真實反映，無需借助數(shù)字測量，便可高效完成既定處理，進而為后期測繪操作及高效作業(yè)推進等提供有力保障。

3.2 精密測繪

建筑測量、變形測量、沉降測量是比較常見的精密工程測繪手段，這些工程均以測量目標(biāo)為導(dǎo)向，廣泛采集測繪信息，完成三維物體模型構(gòu)建處理。在精密測繪工程中應(yīng)用以上幾種手段，應(yīng)具備有力的數(shù)據(jù)支撐，這就需要激光雷達測繪技術(shù)的合理運用，滿足工程測繪的實際需要[5]。在電力選線工程、水文測繪、建筑測繪、沉降工程測繪、礦山勘探等測繪測量工作中，都需要采集測繪目標(biāo)提供準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)信息，對于測繪精度有著超高要求，而傳統(tǒng)測繪技術(shù)并不能實現(xiàn)，這就需要借助地面激光雷達技術(shù)、機載激光雷達技術(shù)來實現(xiàn)。在實踐中，通過分析實際景物，構(gòu)建測繪模型，借助數(shù)碼相片獲取相應(yīng)紋理信息，進而科學(xué)構(gòu)建準(zhǔn)確的三維模型。例如：在設(shè)計電力線路過程中，地面激光雷達技術(shù)輔助應(yīng)用，結(jié)合獲取測繪機構(gòu)，從宏觀角度對設(shè)計線路的環(huán)境、地形等情況進行客觀判斷，即便是在樹木密集領(lǐng)域，同樣能夠精準(zhǔn)計算出電力線路鋪設(shè)期間的樹木數(shù)量變動及數(shù)據(jù)變化情況，整個操作過程簡便又合理。再如：對于電力線路的搶修與養(yǎng)護，以電力線路中地面裸露點總高程、激光雷達測繪數(shù)據(jù)點為切入點，精準(zhǔn)計算出不同線路與地面之間的距離，進而為電力線路搶修與養(yǎng)護提供可靠數(shù)據(jù)，最大限度保證測繪質(zhì)量。不僅如此，激光雷達技術(shù)的合理運用，能夠?qū)崿F(xiàn)被測對象紋理信息的高效獲取，進而為測繪模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)細化處理等創(chuàng)造更多便捷空間，高效持續(xù)推進精密工程建設(shè)。

3.3 建立數(shù)字高程模型

激光雷達是集激光技術(shù)、現(xiàn)代光電探測技術(shù)為一體的先進探測手段，其中所含有的激光點云數(shù)據(jù)的密度高、精度大，能夠真實體現(xiàn)激光點位的三維坐標(biāo)特點，這也是激光雷達測繪技術(shù)的重要數(shù)據(jù)產(chǎn)品之一，在工程測繪中起到關(guān)鍵作用。通過自動處理、人工交互處理等多種方式，將人投射到建筑物、房屋、植物等非地形目標(biāo)中，形成激光點云并展開濾波處理，進而建立起不規(guī)則二角網(wǎng)TIN，實現(xiàn)DEM 快捷提取。這些激光點具有明顯的共同特征，便是數(shù)量多、密度大，快速獲取目標(biāo)測繪信息，在保證DEM 分辨率與精準(zhǔn)度的同時，促進測繪數(shù)據(jù)的迅速采集與科學(xué)整理，將最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為工程建設(shè)參考，能夠滿足不同行業(yè)對測繪精度的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 構(gòu)建數(shù)字礦山

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，由于礦山過度開采，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，資源枯竭現(xiàn)象十分嚴峻，市場近期狀況不佳，這就需要加強數(shù)字礦山建設(shè)，從多方位、多角度去思考問題，綜合考慮到工程測繪期間人力、材料、機械設(shè)備等要求，采取有效手段實現(xiàn)根治。數(shù)字礦山建立，便是借助激光雷達技術(shù)，快速采集并系統(tǒng)分析整個礦山數(shù)據(jù)，結(jié)合礦山實際情況建立相應(yīng)的建筑三維模型，不同部分的構(gòu)成不同，建模期間需要考慮的側(cè)重點自然大不相同。通常情況下，應(yīng)采取分層構(gòu)建方式，并配套多方位評價模式，科學(xué)評判工程測繪期間的環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點、自然災(zāi)害等[6]。如此一來，測繪信息得以高效反饋，并且實現(xiàn)24 小時不間斷提供數(shù)據(jù)，整體模型構(gòu)建更加科學(xué)合理，實現(xiàn)對未來可能發(fā)生的事故隱患的預(yù)測與評估，便于相關(guān)人員及時做出反應(yīng)，真正做到防患于未然。

3.5 水下地形測量

針對水底工程的測量作業(yè)，可以通過激光雷達技術(shù)中兩種不同波長的激光束進行。例如在利用紅光（或紅外光）SHOALS 系統(tǒng)測量水面時，藍綠光可以快速穿透水面測量水底，通過兩個光束接收時間，精準(zhǔn)計算出水的深度，以此為切入點開展大面積的水下地形測量工作。一般情況下，對于海道測量Lidar 所能測量的海水，深度約在50m 作為適宜，并且該深度會跟隨水質(zhì)清晰度變動而發(fā)生變化，在航道、水文、近海海洋等行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大作用，始終被業(yè)內(nèi)人士所推崇。

4 結(jié)語

綜上所述，社會在發(fā)展，時代在進步，技術(shù)手段的普及與推廣，促使我國工程測繪走向全新的發(fā)展道路，各類測繪測量技術(shù)的優(yōu)勢價值愈加顯著。在新時期發(fā)展背景下，我們應(yīng)充分利用航空攝影與激光雷達技術(shù)，將二者靈活運用在工程測繪領(lǐng)域中，深度掌握技術(shù)應(yīng)用要點，準(zhǔn)確覆蓋至國土、規(guī)劃、測繪、地震、交通、土地、房產(chǎn)等多個領(lǐng)域中，逐步帶領(lǐng)我國工程測繪行業(yè)的革新發(fā)展，在保證測繪質(zhì)量與效率的前提下，更好地為社會經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。