工程测绘中激光雷达测绘技术的应用

时间：2024-09-03

唐燚

（江西核工业二六八测绘院，江西抚州 316000）

激光雷达测绘技术使基于全球定位系统以及惯性导航系统基础上形成的，激光雷达测绘技术能够精准的获取相关测绘信息，同时实现清晰的DEM。两者有效结合，能够清晰地指定激光束，将击打痕迹留于物体上。对于激光雷达测绘技术系统而言主要包括，地形激光雷达技术系统与水文激光雷达技术系统，前者能够精确地获取地面数字高程模型，后者能够有效获取水下DEM，这两个系统都是以激光为前提，开展探测于测量的，激光在测量过程当中有着非常高的精度，而且测量距离能够达到4cm精度范围以内。然而激光雷达技术系统高精度性，不完全是单纯通过激光作用来实现，还应当惯性测量单元发挥作用[1]。对于激光雷达系统而言，其主要有单束窄带激光器（1个）和接收系统（1个）所组成。脉冲的产生以及发射通过激光器来实现，并对物体表面快速敲击，发设置原有位置，并在接收器下进行处理，发射光脉冲之后，直至向原来位置进行发射，应用的时间都会通过接收器开展精准的测量和统计工作，由于光脉冲是通过光速来实现传播的，所以发射下一脉冲之前，接收器已经记录下来上次脉冲所应用的时间，完成测量，因光速是已知的，因此传播时间，能够实现距离测量的转换。

1 工程测绘中激光雷达测绘技术的应用

1.1 精密工程测绘

在精密工程测绘过程当中利用激光雷达测绘技术，能够大大提升测绘的精准性，而且发挥数码相机影像拍摄功能，能够将测绘物体本身的纹理信息充分获取，来对三维数字模型进行构筑，提高了测绘数据的精准性和全面性。

1.2 矿山数字化测绘

在当前新的发展形势下，我国经济社会建设日渐完善起来，同时对资源需求量也在不断加大，矿山资源开采规模也在日渐提升，开采深度越来越大，但是矿产资源短缺问题却没有得到根本性的解决，对经济社会发展形成很大阻碍，更严重破坏了生态环境，更不利于矿山持续健康发展。因此在工作实际有关部门应当不断进行改革与创新，大力推进数字化矿山建设[2]。而将激光雷达测绘技术优势充分发挥出来，可以快速的对矿山有关信息数据及时的采集，同时开展系统整合于有关分析与处理，针对性地进行三维数字模型构建，对矿山的实际区域充分确定，对矿山顶部有关信息数据及时提取，矿山模型重新构建，通过不同层次对矿山模型以及地面模型有效整合，来对矿山实际情况进行详细的分析，对于塌陷区的损坏程度进行有效检测，对矿山灾害及时做出风险预警，指导灾害防治。

1.3 森林工业

森林工业属于我国商品材生产领域，主要涉及木材的生产以及林木加工等产业，通过激光雷达扫描技术的应用，能够更加精准地分析森林以及树冠底部地形地貌情况，获取完善的数据信息，还能精准的测量树木生长高度，在处理数据过程当中，通过对植被返回数据以及地面返回数据进行分析对比，能够更加精准全面的了解树的高度以及树冠覆盖率。和材质等信息数据，更好地推动林业工业建设与发展。

1.4 电力运输

利用直升机搭载激光雷达系统，能够对电力传输线路展开精准的测量，而且直升机测量过程当中根据实际情况更改高度与飞行路线，同时依照敷设电力管道线路进行飞行，在降低成本过程当中，对有关数据信息展开更加精准的测量，而且在通过激光雷达系统进行测量过程当中，还可通过传感设备以及定位系统和相机等，对电力传输线路图进行绘制，保证电力系统的安全性、可靠性。进而为人们生产生活。提供稳定的能源供应。

1.5 城市规划建设

伴随经济社会的不断发展城市化进程日渐加快，在人们的日常生活当中，数字电视得到了普及应用，成为传播社会信息与人们生活娱乐的重要载体。而利用激光雷达测绘系统可以对数字城市内部当中，各种多元空间信息进行获取，推动数字化城市建设，同时这也是城市规划内部建设的重要组成。利用激光雷达测绘系统的构建，发挥激光雷达扫描技术优势，能够对高精度高分辨力的数字影像及时获取，和有效连接地空间数字模型，共享更多资源，通过提供强大的数字资源体系来推动城市规划建设，加多元化的信息获取平台，通过先进的技术支撑推动经济社会持续稳步发展。

1.6 数字城市建设

当前社会已经全面进入信息时代，数字化城市建设成为当前社会发展的重要目标，也是当前信息化建设的重要任务。而推动数字化城市建设需要更加全面精准的空间信息，只有将空间信息全面精准的提供出来，才能为数字化城市建设奠定基础框架与信息平台，而收集测绘成果进行加工处理，便成为有关科学研究领域的重要问题。应用激光雷达测绘技术，可以为数字化城市构建提供全面精准的空间信息，而且还能提供高精度高分辨率的数字正射影像数据。正是由于激光雷达测绘技术的诸多优势，现已成为推动数字化城市建设不可或缺的重要技术方式。

在建设数字化城市过程当中，对管理城市虚拟平台的构建，即城市三维模型，不仅要保证精度高，而且还必须要确保真实感以及可测量的效果。这些都是测绘工作需要完成的重要问题。而利用传统测绘技术手段，会由于城市地理环境和成本方面的因素，对传统测绘技术应用造成一定限制，难以及时全面高精度地将有关空间信息全面地提供出来，而且大大增加了三维建模工作量的投入，对数字化城市建设服务能力的深度和广度也会造成很大影响，阻碍数字化城市的作用发挥，而通过激光雷达测绘技术的高效应用，能够快速多角度地对建筑物进行激光扫描，及时获取全面的城市空间信息，具有非常高的三维点坐标精度，大大提高了信息数据的可靠性，与有关软件充分结合，联合应用，能够获取云数据，并构建模型于映射，对城市大面积三枚模型及时构建。

1.7 军事

在军事成像侦察过程当中，激光雷达测绘技术发挥着十分重要的作用，不但能够对测绘目标及其周围图像信息清楚地进行获取，还能及时掌握目标的运动状态与速度。同时一些波段的激光雷达，还能实现对隐蔽目标的侦查。将激光雷达测绘技术应用于军事领域主要体现在，可以进一步推动导弹的研制，并为巡航导弹导航。同时具有良好的测距作用，可以将不同目标特征信息全面的提供出来，不仅能够有效区分大的车辆，还能对人员进行有效区分，另外还能对目标进行成像，具有非常高的分辨率。而且激光雷达测绘技术还能为基在武器发射系统，提供精准的目标距离，并对目标瞄准点进行选择。另外激光雷达测绘技术还具有低飞目标跟踪测量技术优势，如美国研制出的一些车在精密跟踪系统，在测距上达到了0.1m的精度，能够促进导弹低空飞行，还极大提高了命中率，够有效校准飞机着陆系统，还能校准导航卫星定位。所以在军事领域，激光雷达技术有着非常强大的作用优势。

2 激光雷达测绘技术的发展趋势

2.1 星载激光雷达

卫星是星载LiDAR的平台，具有非常高的运行轨道，而且能够更加广泛地进行观测，效率非常的高，不会受到天空与地面背景因素影响，具有非常清晰的分辨率，而且具有非常高的灵敏度，不触及到世界各个角落。获取数字地面模型以及三维控制点提供了非常好的途经，在科学研究以及国防领域应用价值和应用意义非常的突出。在天体观察方面星载LiDAR发挥着十分重要的作用，可以测绘天体采集全球信息，实现农业、环境等各方面监测，还能有效调查林业资源，测量大气结构成分。

2.2 战场侦察激光雷达

激光雷达具有非常好的侦查作用，也是一种非常先进的侦查手段。美国雷西昂公司在试验研究过程当中通过GaAA激光行扫描传感器应用，将ILR100成像激光雷达制造出来，可以在无人机以及商用飞机上安装使用，可以在高度120m～460m范围内进行高空侦察，获得的影像数据可以及时的，通过飞机上安装的阴极摄像管显示器，在有关数据链路上向地面接收站及时发送。

2.3 测风激光雷达

风速测定对于气候变化方面的研究以及提高天气预报精准度方面发挥着重要的作用，同时在机场气流监测过程当中，通过测定风速能够对飞行航线进一步优化，同时在军事火箭发射等很多方面进行风速监测都有着十分重要的意义。而激光雷达测绘技术，应用于这些方面意义重大，今后应当加强。2μm全固化相干激光雷达测绘技术方面的研究，这是今后重要的发展重点。