工程測(cè)繪中LIDAR測(cè)繪技術(shù)的有效運(yùn)用分析

陳浩光

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.042

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑工程逐漸增多，且施工環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，這也更加突出了測(cè)繪工作的重要性。為確保工程建設(shè)的質(zhì)量和效率，應(yīng)做好準(zhǔn)確、全面的測(cè)繪工作，立足于工程實(shí)際情況，并不斷引進(jìn)新型測(cè)繪技術(shù)和理念，LIDAR測(cè)繪技術(shù)是其中典型代表，相關(guān)工程項(xiàng)目單位應(yīng)加大對(duì)該種技術(shù)的研究力度，充分發(fā)揮技術(shù)本身作用，從而科學(xué)探測(cè)工程區(qū)域地質(zhì)地貌，防范工程風(fēng)險(xiǎn)。該文以LIDAR測(cè)繪技術(shù)的原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)探析其在工程中的應(yīng)用途徑。

關(guān)鍵詞：LIDAR測(cè)繪技術(shù) 全球定位系統(tǒng) 工程測(cè)繪 數(shù)字化城市 數(shù)據(jù)信息

中圖分類號(hào)：P225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（a）-0042-02

測(cè)繪工作在工程建設(shè)中扮演著重要角色，且我國地域面積廣闊，地質(zhì)地貌構(gòu)成復(fù)雜，極大程度上提升了施工的難度，為科學(xué)控制工程施工進(jìn)度，應(yīng)加大對(duì)測(cè)繪工作的重視程度，全面勘察工程區(qū)域中地質(zhì)情況、巖層運(yùn)動(dòng)情況，并采取對(duì)應(yīng)的施工技術(shù)，從而更好地確保施工安全與質(zhì)量。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑工程呈現(xiàn)出多種設(shè)計(jì)樣式等特色，對(duì)測(cè)繪技術(shù)也提出了更高要求，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)因自身局限性，已不再適應(yīng)于工程的需要，因此LIDAR測(cè)繪技術(shù)、GPS技術(shù)、GRS技術(shù)等新型測(cè)繪方式誕生并被廣泛應(yīng)用在工程測(cè)繪過程。

1 LIDAR測(cè)繪技術(shù)原理

Light Detection And Ranging簡(jiǎn)稱LIDAR，代表著激光探測(cè)與測(cè)量，主要以GPS技術(shù)和慣性測(cè)量裝置為基礎(chǔ)[1]，將系統(tǒng)探測(cè)的數(shù)據(jù)用DSM（數(shù)字表面模型）通過離散點(diǎn)的方式表示，數(shù)據(jù)中包含激光強(qiáng)度、三維空間等多方面的信息。LIDAR測(cè)繪技術(shù)分為地面與機(jī)載兩種類型，其中的機(jī)載型激光雷達(dá)借助測(cè)距系統(tǒng)、飛機(jī)等設(shè)備，融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光測(cè)距技術(shù)、IMU（慣性測(cè)量單元）等多種現(xiàn)代化技術(shù)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量出物體在地面的三維坐標(biāo)，因此，其應(yīng)用范圍較為廣闊，主要的系統(tǒng)有以下4個(gè)：（1）激光掃描測(cè)距系統(tǒng)；（2）IMU（慣性測(cè)量裝置）；（3）動(dòng)態(tài)差分GPS接收機(jī)；（4）一套成像裝置。

LIDAR測(cè)繪技術(shù)主要的工作原理有：通過傳感器等裝置，發(fā)射出激光束后，借由空氣這一載體，傳播到物體的表層或者地面，再經(jīng)過表層或地面的反射后，形成的反射能量會(huì)被傳感器重新接收并記錄，作為系統(tǒng)中的電信號(hào)。如果準(zhǔn)確記錄信號(hào)的發(fā)射與接收時(shí)間，那么就可以科學(xué)地計(jì)算出物體的表層或者地面與激光器之間的距離，其計(jì)算公式如下所示[2]：

R=ct/2

式中，R為物體的表層或者地面與激光器之間的距離；

c為光速；

t為接收時(shí)刻與發(fā)射時(shí)刻的時(shí)間差。

光脈沖通常以光速進(jìn)行傳播，通過激光型發(fā)射器，發(fā)出一束離散式光脈沖，將其打在地表后，并對(duì)其反射，而在發(fā)出下一光脈沖之前，接收器會(huì)先接收被反射的光脈沖，以此測(cè)量出距離。

2 LIDAR測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將LIDAR測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在工程測(cè)繪過程中，具有產(chǎn)生數(shù)據(jù)周期快、抗外部環(huán)境干擾能力強(qiáng)、自動(dòng)化智能化程度高、準(zhǔn)確性高等多種優(yōu)勢(shì)。該測(cè)繪技術(shù)需要借助相關(guān)的傳感器裝置，并發(fā)射出激光脈沖類型的信號(hào)，能夠較好地避開地面植被等其他物品的遮擋，更為準(zhǔn)確地獲取工程區(qū)域中地形、地表等方面的數(shù)據(jù)。再利用先進(jìn)的科學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成直觀的等高線或者影像圖。與地面測(cè)量技術(shù)或者傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比，存在多方面的優(yōu)勢(shì)，因此，該種技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，包括繪制地圖、航圖測(cè)繪等領(lǐng)域[3]。

3 工程測(cè)繪中LIDAR測(cè)繪技術(shù)的有效運(yùn)用

LIDAR測(cè)繪技術(shù)得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠輔助工作人員更為科學(xué)地進(jìn)行施工，將其合理地運(yùn)用在工程測(cè)繪中，應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)條件、環(huán)境因素等方面的因素，確保技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)性，當(dāng)前，LIDAR測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用方式主要有基礎(chǔ)測(cè)繪、精密工程和數(shù)字化城市等方面，具體包括以下幾方面的內(nèi)容。

3.1 施工場(chǎng)地的基礎(chǔ)測(cè)繪工作

將LIDAR測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在施工場(chǎng)地的基礎(chǔ)測(cè)繪工作中，能夠更好地滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)定的施工目標(biāo)。當(dāng)前，基礎(chǔ)測(cè)繪中主要包括DLG（數(shù)字線劃地圖）、DOM（數(shù)字正射影像）、DEM（數(shù)字高程模型）和DRG（數(shù)字柵格地圖）4種基本的測(cè)繪產(chǎn)品，其中數(shù)字線劃地圖和數(shù)字正射影像的生產(chǎn)過程需要三維空間高精度的信息支撐。如，數(shù)字正射影像需要數(shù)字高程模型在提供精確的地形資料后，再借助數(shù)字型微分技術(shù)，分析或者糾正信息，最后才能獲取相應(yīng)的產(chǎn)品，在沒有數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)資料的情況下，會(huì)借助攝影的方式進(jìn)行測(cè)量，但與數(shù)字高程模型相比，其操作程序復(fù)雜且繁瑣，很容易出現(xiàn)人工失誤的情況。而通過LIDAR測(cè)繪技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)提取地面表層的三維坐標(biāo)，更好地滿足于糾正需求，降低了數(shù)字正射影像的整體獲取難度。基于此種生產(chǎn)背景，數(shù)字正射影像不再依靠攝影平臺(tái)，只需要有普通RS圖像系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)集約化、高效率生產(chǎn)。

3.2 LIDAR測(cè)繪技術(shù)在精密工程中的運(yùn)用

當(dāng)前，我國運(yùn)用LIDAR測(cè)繪技術(shù)的范圍逐漸變廣，其中一個(gè)顯著的特點(diǎn)是應(yīng)用在精密工程的測(cè)繪過程，包括測(cè)量水文環(huán)境、測(cè)量地質(zhì)沉降情況、為電力系統(tǒng)選線、測(cè)量建筑工程、考古等方面。這一類工程的共同特征是要求全面收集、測(cè)量和采取目標(biāo)范圍內(nèi)的所有信息，同時(shí)也需了解三維坐標(biāo)和模型中涵蓋的信息。將地面和機(jī)載兩種LIDAR測(cè)繪技術(shù)有機(jī)統(tǒng)一，能夠很好地滿足精密工程需求，其具體的操作步驟為：借助數(shù)碼相片，采集對(duì)應(yīng)的紋理信息，并將其與建筑物模型進(jìn)行層次式、疊加式處理，構(gòu)建出科學(xué)的三維模型，再規(guī)劃出具體的目標(biāo)景觀，進(jìn)而達(dá)到測(cè)量形變、決策規(guī)劃、分析目標(biāo)景觀等目的。如，在建設(shè)建筑工程中，能夠利用LIDAR測(cè)繪技術(shù)，獲取施工區(qū)域中地物、地形情況，并根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)點(diǎn)，展開驗(yàn)收、監(jiān)督等工作，保障工程的施工質(zhì)量。

3.3 建設(shè)數(shù)字化城市

數(shù)字化城市屬于當(dāng)前城市化進(jìn)程中重要發(fā)展趨勢(shì)之一，包含多媒體、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面的技術(shù)，再結(jié)合GIS技術(shù)、RS技術(shù)、仿真-模擬技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)等，三維描述出城市的多種類、多尺度、多分辨率，更為實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)城市變化。通過利用LIDAR測(cè)繪技術(shù)，能夠及時(shí)獲取數(shù)字地面模型，從而為建設(shè)數(shù)字化城市提供空間信息資源，從全方位的角度掃描地面建筑物，并得到目標(biāo)景物的三維坐標(biāo)，再構(gòu)建出城市的三維模型，更好地促進(jìn)城市發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，測(cè)繪工作在工程建設(shè)過程中扮演著重要角色，不僅關(guān)系著整個(gè)施工進(jìn)度，更影響著工程的質(zhì)量和施工安全，基于此，工作人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)繪技術(shù)，確保測(cè)繪工作的順利進(jìn)行。LIDAR是當(dāng)前應(yīng)用得較為廣泛的測(cè)繪技術(shù)，具備密度大、數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確等多方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)工程測(cè)繪有著較大的幫助作用，但就當(dāng)前的情況而言，LIDAR測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用仍存在問題，相關(guān)測(cè)繪工作人員必須加大對(duì)其的研究力度，綜合考慮工程量、工程外部環(huán)境等因素，拓寬LIDAR測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用范圍，保障測(cè)繪數(shù)據(jù)的精密性，提升工程整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 鞏翼龍，閆利.結(jié)合機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)與航空可見光影像多層次規(guī)則分類建筑物變化檢測(cè)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2015，35（5）：1325-1330.

[2] 趙泉華，李紅瑩，李玉，等.全波形LiDAR數(shù)據(jù)分解的可變分量高斯混合模型及RJMCMC算法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2015，44（12）：1367-1377.

[3] 于海洋，牛峰明，羅玲，等.一種綜合機(jī)載LiDAR與高分辨率航空影像的鐵路軌道提取方法[J].測(cè)繪工程，2016，25（5）：42-46.