淺析LIDAR 測繪技術在工程測繪中的應用

■魏一卿 ■南昌市城市規劃設計研究總院，江西 南昌 330000

近年來，我國的社會經濟得到了快速發展，建筑行業和測繪也都迎來了新的發展機遇，呈現出欣欣向榮的發展態勢。在這樣的背景下，傳統的工程測繪技術由于自身的局限性以及工程量大、影響因素多等特點，已經逐漸無法滿足工程建設的需要，以GIS 技術、LIDAR 測繪技術為代表的新測繪方式迅速出現，并得到了廣泛的而應用，取得了一定的工作成效，需要相關測繪人員的重視。

1 LIDAR 測繪技術概述

LIDAR 全稱Light Detection And Ranging，光探測與測量，是一種在激光雷達技術的基礎上形成的新型測繪技術，也稱航空激光掃描探測技術，主要由全球定位系統(GPS)和慣性導航系統(INS)共同組成，包括了機載和地面兩大類，其中，機載激光雷達是一種安裝在飛機上的激光探測和測距系統，能夠實現對地面物體三維坐標的準確測量。作為一種主動式對地觀測系統，LIDAR 集成了激光測距技術、計算機技術、慣性測量單元以及差分定位技術等，在三維空間信息的實時獲取層面上，取得了巨大的突破，也為獲取高時空分辨率地球空間信息提供了一種全新的技術手段。

在實際應用中，LIDAR 具有自動化程度高、數據生產周期短、精度高、受天氣因素影響小等特點，主要是利用相應的傳感器，發滲出激光脈沖信號，無視地面植被的遮擋，直接獲取地表地形數據，經專業軟件處理后，生成正射影像圖、等高線圖等，與傳統攝影測量以及地面測量相比，具有非常明顯的優越性，目前已經成為航圖測繪、地圖繪制中最為常用的技術方法之一。

LIDAR 測繪技術的工作原理，是利用傳感器，發射出相應的激光束，激光束以光速進行傳播，經空氣傳播到地面或者物體上，經反射后，被接收器接收，記錄為一個電信號，同時記錄激光束發射和接收的準確時刻，結合相應的公式R=ct/2，對激光器與地面之間的距離進行計算，公式中，c 表示光速，t 表示激光束發射時刻與接收時刻的差值。激光掃描裝置能夠記錄一個單發射脈沖波返回的首回波、中間多個回波以及最后回波，通過對每一個回波時刻的記錄，可以同時得到多個高程信息，對IMU/DGPS 系統以及激光掃描技術進行集成。當飛機向前飛行時，掃描儀會自動向地面發射連續的激光束，同時自動接收地面反射回波，對每一個激光發射點的瞬間空間位置及姿態進行記錄，經計算得到激光反射點的空間位置。

2 LIDAR 測繪技術在工程測繪中的應用

2.1 基礎測繪

基礎測繪，是指對工程項目中施工場地的測繪，主要是為了滿足工程施工的基本要求和主要目標。在基礎測繪中，存在四種測繪產品，包括數字高程模型(DEM)、數字正射影像(DOM)、數字柵格地圖(DRG)以及數字線劃地圖(DLG)，其中，DOM 和DLG 的生產需要高精度三維信息的支持。例如，DOM 需要DEM 提供準確度較高的地形信息，利用數字微分技術對信息進行分析和糾正后，才能夠得到相應的產品。而如果缺乏DEM 資料，則往往會使用數字攝影測量來實現。但是，數字攝影測量的工序相對繁瑣，對于操作人員的專業技能水平有著較高的要求。利用LIDAR 測繪技術，可以實現對地面三維坐標的有效提取，滿足高精度影像微分對于糾正的需要，從而更加容易地獲取DOM。在這種情況下，DOM 的生產不需要使用數字攝影測量平臺，只需要利用普通的遙感圖像處理系統就可以實現規模化生產。另外，利用高進度的激光點云數據，可以更加直觀地反映地物以及植物的三維信息，對DLG 地形地物進行準確判斷和測量，對數據進行高效收集。

2.2 精密工程測量

從目前來看，在一些精密工程測量中，如電力選線、沉降測量、水文測量、建筑測量以及文物考古等，都需要對目標的各種信息進行全面細致的采集和測量，同時還需要了解其三維模型和三維坐標的具體信息。結合機載LIDAR 和地面LIDAR 技術，能夠對上述問題進行有效解決。在實際操作中，其作業步驟為:利用數碼相片，對相應的紋理信息進行采集，將采集到的信息與構筑物模型進行疊加處理，逐步構建出相應的三維模型，從而實現目標景觀的規劃分析、規劃決策以及形變測量等。以電力線路為例，在對其進行選線設計時，可以利用LIDAR 測繪技術，獲取相應的數據信息，通過數據分析和加工處理，相關技術人員能夠了解整條電力線路中地形、地物的具體情況。同時，在對電力線路進行維修時，可以根據線路中設置的激光雷達數據點，以及其所對應的地面裸露點的高度，對任何一個位置的線路與地面之間的距離進行計算，為線路的維修工作提供相應的參考依據。

2.3 數字城市建設

所謂數字城市，主要是以計算機技術、多媒體技術以及數據存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶，結合遙感技術、遙測技術、GIS 技術、以及仿真-虛擬技術等，對城市進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述。利用LIDAR 測繪技術，能夠獲得高精度、高分辨率的數字正射影像以及相應的數字地面模型，為數字城市的建設提供準確可靠的空間信息資源。在數字城市建設中，必須構建一個具備一定真實感，可以有效測量，精度較高的城市三維模型，作為城市管理的虛擬平臺。在這樣的需求下，如果采用傳統的測繪技術，不僅工作效率低下，而且難以保證測量進度，對于數字城市服務面的深度和寬度存在一定的負面影響。利用LIDAR 測繪技術，能夠從多個不同的角度，對地面建筑物進行掃描，得到目標的高密度、高精度三維坐標，之后利用專業軟件，結合點云數據，構建相應的模型，進行相應的紋理映射，從多個不同的方面，構建城市三維模型。不僅如此，從實際需求出發，還可以對上述三維模型進行動態更新，為數字城市的建設提供連續可靠的基礎數據信息。

2.4 森林業管理

在對森林業進行規劃和管理的過程中，必須準確獲取森林植被以及樹冠下端地形的相關數據信息，如果采用傳統測繪技術，需要對樹木的密度、高度等信息進行全面測量，工作量相對較大;而如果采用LIDAR 測繪技術，利用機載激光雷達以及衛星成像技術，不僅能夠是獲取對樹木高度信息的準確獲取，同時可以對樹冠下的地形進行有效勘測，確保測量數據的全面性和準確性，使得管理人員能夠通過獲得的數據信息，進一步掌握森林的生態環境、林木密度、樹木高度等的具體情況，確保管理工作的順利進行。

3 結語

總而言之，在經濟發展的帶動下，我國的工程建設得到了前所未有的發展，對于工程測繪技術提出了更好的要求。在工程測繪中，LIDAR測繪技術有著非常廣泛的應用，與傳統工程測繪技術相比，具有工作量小、工作效率高、數據獲取精度高、密度大等特點，其優勢是非常顯著的。從目前來看，我國對于LIDAR 測繪技術的研究和應用尚處于初級階段，相關技術不夠成熟，需要專業技術人員的深入研究，不斷拓展其應用范圍，推動工程測繪技術的持續發展。

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