论当前测绘新技术中车载三维激光测绘雷达的应用及发展

[摘要]随着科学技术的不断进步，测绘新技术在日益创新，其中车载激光测绘雷达是典型的测绘新技术。车载三维激光雷达能准确获取空间三维测量信息，为现代测绘工程发展提供了支持。近几年，车载三维机关测绘雷达已应用于各领域，且在实际运用中取得了令人满意效果。作者首先剖析了三维激光测绘雷达的基本信息，并对其主要应用情况进行了说明，基于此预测了其发展趋势。

[关键字]测绘新技术 三维激光 车载雷达

[中图分类号] TN95 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-165-2

0前言

车载三维激光测绘雷达能在大部分条件下，迅速精确地获取测量对象的三维影像数据，被作为当前测绘新技术的典型，突破了传统的测绘模式的束缚取得了突破式创新，在其应用领域能满足对数字化的需求。凭借其具有高速、准确、灵敏、实用等技术优势，已经在不同的领域得到推广应用，然而，由于国内对测绘领域对车载三维激光测绘雷达的研究正处于探索阶段，在核心技术方面仍然存在诸多不足，所以作者认为对当前测绘新技术中车载三维激光测绘雷达的应用及发展具有现实意义。

1 三维激光测绘雷达技术的基本信息

1.1 三维激光雷达的理论基础

三维激光雷达将传统的激光器与光电源技术进行了有机的融合，这是测绘雷达新技术的重大创新，并按照系统结构的功能特性分为发射系统、传输系统、结束系统、数据分析系统。车载三维激光雷达系统运行过程中，利用传感器完成对终端的统一管理，其中GPS用以确定载车的坐标位置，全程监控测量载车的坐标动态；激光扫描仪发射高频率的激光脉冲，利用发射与接收的时间差来确定测量对象的距离，然后利用扫描机构对探测范围内进行逐点照射，并且利用角度测量传感系统能确定不同激光束发射的方向，经过上述三个步骤就能获取三维目标信息；目标范围内的属性信息则由CCD相机完成，通过对各传感器进行统一的标准调试后，系统自动处理已获取数据，最终给出探测范围对象的综合信息。在载车运动过程中，系统能连续捕捉覆盖区域内信息，并自动储存数据。下图示意为三维激光雷达的工作原理：

1.2 车载三维激光雷达的技术优势

第一，实用性强。车载三维激光测绘雷达可自由移动，受客观条件制约不明显，一般的测绘信息均能应用车载三维激光测绘雷达获取。第二，数据采样率高。车载三维激光雷达中运用了三维激光扫描技术，能够在短暂时间内就能采集多点信息，增加了物体空间信息获取量。第三，精确度高。车载三维激光雷达除了能获取测量目标的关键点外，而且能自动调节各点的分布密度，这样就能减少点的相互重叠，解决了以往测量误差的问题。第四，数字化程度高。车载三维激光雷达配有直接采集数字特征的数字化系统，实现了对不同信号的综合处理，有利于后期数据的处理。

2 车载三维激光雷达的应用

2.1 地形图测量

地形图测量是测绘工程中的重要测量目标，传统的地形图测量方式往往会受客观条件限制，有很多的高危险的区域测量人员都不能抵达，或者受工作环境复杂影响。应用普通的地形图测量手段所测量出的地形图不规范，在特殊的区域缺少特殊的标准，此种情况在重点枢纽及地质条件差位置更容易出现。而应用车载三维激光雷达后，可以对这些复杂的区域通过人为操控实现精确的测量，保证了地形图测量的规范性与准确性。图2所示为车载三维激光雷达测量地形图的过程：

2.2 路面坡度测量

目前，车载三维激光雷达已经广泛应用于路面测量，路面竣工后的质量检测是保证公路建设质量的主要手段。传统的路面测量方式对路面覆盖量不够，容易遗漏路面重要区域的测量数据，使得路面测量数据误差较大，也就难以保证路面的质量，埋藏了潜在的安全隐患。而车载三维激光雷达测量能在运动过程中，系统可以连续捕捉覆盖区域内信息，自动计算路面平整度，并且将计算好的数据进行全部保存，为后期的数据查看提供了方便。

2.3 变形量测量

由于车载激光雷达数据融合了点云和影像配准技术，因此可根据不同传感器的反馈信息，对不同分辨率的测量数据完成统一的配准，保证监测点分布均匀、高度密集，结合分辨率的改变情况，能够准确预测变形体局部细节产生的变形，从而为全面分析与评价变形体的稳定性打下了基础，车载激光雷达特别适用于高层建筑、滑坡、大坝、矿山测量等领域。

2.4 文物保护方面

大多数文物是以形状奇异，结构繁琐等特点著称，为了减少因取测量点对文物造成的损害，应当在其测量过程中尽量少取测量点，在此种情况下，如果单纯地应用普通的测量手段获取立体图像根本无法实现，因而一定要应用主动地测量手段。随着测绘新技术的发展，车载三维激光雷达已经广泛应用在文物保护方面，实现了利用点运数据来准确反映文物内部结构组成。此外，通过系统内建立的三维模型，如果文物遭受损害后能快速恢复相应的数据。

3 车载三维激光雷达的发展

3.1 优化激光雷达点云和影像匹配融合技术

激光雷达点云和影像匹配融合技术是按照不同传感器相应的信息属性，使得差异的分辨率测量信息完成匹配。为了提高机光点云和影响匹配的速度与准确性，需要优化融合过程形式，详细操作步骤有三点：其一，对激光点云数据需提前处理，消除扫描点对测量的影响；其二，给予影响数据畸变处理高度重视，及时调整镜头位置。其三，三维激光技术要与GPS、计算机技术、网络技术加大结合力度，努力构建多元数据的空间测量系统。

3.2 提高系统的数据存储空间

因车载三维激光雷达获取的信息都是立体空间信息，所以数据流量大。如果对这些数据不能快速处理与保存，就会造成测量数据大量丢失，引起三维测量数据的较大偏差，所以在车载三维激光雷达的未来发展中提高系统的数据存储空间势在必行。作者认为从三维空间数据的组织和管理方面着手，是提高系统的数据存储空间的主要手段。

4 小结

总之，在测绘新技术不断创新的推动下，车载三维激光雷达技术会有更长远的发展。车载三维激光雷达已经凭借实用性强、精确度高、数字化程度高、数据采样率高等优势，已经在不同的领域推广应用。然而，我国的车载三维激光雷达技术还处于初级阶段，因此，有必要对其应用情况及发展趋势进行探讨，从而为车载三维激光雷达系统的改进与完善打下坚实的基础。

参考文献

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[2]徐晓雄，刘松林，李白.三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用[J].中国测绘2009，（ 02）.

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