浅析工程测绘中激光雷达测绘的应用

【摘要】本文作者主要就对激光雷达相关测绘技术的内容以及在实际工程中对其的应用进行了分析探讨。

【关键词】工程测绘；激光雷达测绘；应用

1、激光雷达的分类与工作原理

人们对激光雷达的分类一般是依据激光器与探测技术进行分类，也可以根据雷达功能给予分类。人类在实践中已经发明了多种激光器，目前市场上激光器的种类比较多，比如：CO2激光器与氦-氖激光器等。依照探测技术，可以将激光雷达分成2种类型，即直接探测型与相干探测型。依据功能来划分，则可以分成跟踪、目标识别、流速测量、成像雷达与振动传感等多种雷达。激光雷达的工作原理跟无线电雷达的基本一样，均依赖于所使用的探测技术。

激光雷达在工作时，先由激光发射系统发出信号，经过目标反射以后直接被信号接收系统所收集，这样就可将激光信号往返传播的时间测量出来，从而确定所测目标之距离。对于所测目标之径向速度，我们可通过反射光之多普勒频移进行确定，通过测量出2个或者2个以上的距离，则可以准确计算出目标变化率，从而获取有效目标速度。

2、激光雷达测绘关键技术分析

2.1 激光发射机技术。现在，激光雷达发射机选择的光源主要是气体激光器和半导体泵浦固体激光器等。半导体激光器是一种小型化的激光器，工作物质几十种。主要激励方式有电泵式、电注入式和高能电子束。大部分是电注入激励。通过多年来研究，其得到了很大的发展。波长覆盖范围越来越大，各项的性能参数和输出功率也得到不断提到，应用在某些重要领域。半导体泵浦固体激光器优点是量子效率高，重量轻、体积小、稳定可靠、工作寿命长，输出地光束质量好，已经可以解决工程的应用问题，是发展最快、前景最好的激光器。目前气体激光器是一种种类最多，应用最广、输出的激光波长最丰富的激光器。优点是输出波长的范围很宽，气体光学均匀性好，输出光束质量较好，稳定性好等。

2.2 空间扫描技术。扫描方式分为扫描体制和非扫描体制，目前国内多采用扫描体制。应用最多的是机械扫描方式，扫描频率很高，能用不同机械结构得到不同扫描图样。二元光学式新兴重要分支，但目前工程应用还不成熟，扫描角度小，透过率也较低。

2.3 终端信息的处理技术。该处理系统不仅要同步协调控制各个传动结构、扫描机、激光器和各个信号处理电路，还要处理从接收机送出信息，目标距离信息要努力获取，同时还要完成录取、产生及处理重构系统的三维图像数据。目前设计该系统主要采用计算机和大规模集成电路完成，用FPGA技术实现测距单元，同时还要采用精密测时的技术等。

2.4 高灵敏度接收机的设计技术。接收单位由光电探测器、光学系统和回波检测处理电路等等组成，设计基本要求是：高回波探测概率、高接受灵敏度以及低的虚警率。工程应用中，要合理提高接收机的灵敏度来提高激光测距机性能。激光接收机核心部件是探测器，一定要合理选择使用探测器。由于雪崩光电二极管有可靠性好、体积小、内增益高等优点，首选用在工程中。

3、激光雷达测绘技术在工程领域中的应用分析

3.1 基础测绘工作

所谓的基础测绘主要指的是对工程项目施工场地进行的测绘工作，其工作目的在于实现工程项目的基本要求和主要施工目的，通常来说工程测绘是一种对有关测量物体的基本信息进行搜集和整理的，因此在这一工作阶段应当是以数字影像为主要技术要求进行的。但是在工作中因为数字影像本身存在着工作力度繁琐、施工内容复杂的特点，为此在工程项目中我们有必要针对其基本工作线路和施工技术要求来提前设置合理的程序和控制策略。在基础测绘工作中采用激光雷达测绘技术，可以有效的缓解传统测绘技术所带来的工作压力，提高工作效率和工作进度，这种技术在应用中是通过三维坐标的方式来实现对地面坐标的三维立体控制，从而达到精确坐标的要求，但是就机载激光雷达技术进行分析，其在应用中能够准确的判断出测量物体所在的部位，提高测量系统的工作效率。

3.2 精密工程的测量

测量都是一个复杂、系统的工作模式，它设计到多方面的内容加测量目标、三维立体坐标、三维物体模型等，因此整个测量工作的开展也是极为复杂和繁琐的包含了多种不同的工作流程加水文地质测量、沉降观测、电力选线、变形控制等地面激光雷达和机载激光雷达就是解决这类问题的有效方法利用数码相片获得纹理信息并与构筑物模型实现叠加，以构建三维模型河有效实现对景观的规划分析、物体保护、形变测量、规划决策等例如激光雷达技术在铁路设计、公路设计中提供的高精度地面高程模型河便于线路的设计与施工方法精确计算在电力线路设计过程中利用激光雷达技术的成果数据可以对整个线路有所了解包括公共区域内的地物、地形等要素在电路线维护或抢修时根据电力线路中的激光雷达数据点，以及对应地面点的高程计算出任意位置线路距离地面的高度，方便维护与抢修；另外在树木的密集区内也可利用激光雷达估算出需要砍伐树木的面积与木材量。

3.3 数字城市建设

随着当前我国城镇化建设的大力推进，一些城市正朝着数字城市信息化目标方向前进。而空间信息就是打造数字城市之重要的框架与平台，也是建立数字城市之核心环节。激光雷达技术则能够获得一系列分辨率极高、且精读性极高的地面模型（数字），进而可以为数字城市建设提供一些非常宝贵的空间信息资源。为此，激光雷达技术可以说是当前城市建设之核心技术。在工程实践中，人们发现运用激光雷达技术可以在空中或地面通过激光多角度扫描地面的建筑物，从而能够快速、准确获知所测量目标的三维点（高密度且高精度）的空间坐标，然后再借助计算机软件，可以较好地对点云数据实施模型建构与纹理的映射，甚至可以全方位地构建出面积比较大的数字城市的三维模型；同时还能够实时、动态地更新三维模型，从而为我们数字城市的建设提供一些可靠的、持续的、真实的基础性数据源。

3.4 数字矿山的构建

数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要也对促进矿山可持续发展具有重要作用近年来胧国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重矿山系统内的功能受到局限矿山的人力、物力、财力都有所影响若想解决这些问题必须加强对数字矿山的重视。

3.5 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。

结束语

总之，当前在我国的工程测绘当中对于激光雷达测绘技术的应用非常的广泛，并且和传统的工程测绘技术相比较，其不但有着比较高的精度以及准确性，在一定程度上也就因此提高了工程测绘的效率。但是由于激光雷达测绘技术在我国的发展起步比较晚，对于其数据处理方面还不是很成熟，所以我们需要在实际的测绘工程中加强深入研究，对其进行适当的完善和改进，从而有效的推动我国测绘行业的发展。

参考文献：

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[2] 李磊，郑永超，彭凤超，邓全.地形测绘激光成像雷达技术研究[J].红外与激光工程.2014，（01）.