工程測(cè)繪中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

楊曉磊

摘 要：當(dāng)前我國(guó)的工程測(cè)繪當(dāng)中激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用非常的廣泛，并且和傳統(tǒng)的工程測(cè)繪技術(shù)相比較，其不但有著比較高的精度以及準(zhǔn)確性，在一定程度上也就因此提高了工程測(cè)繪的效率。但是由于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展起步比較晚，對(duì)于其數(shù)據(jù)處理方面還不是很成熟，所以我們需要在實(shí)際的測(cè)繪工程中加強(qiáng)深入研究，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐晟坪透倪M(jìn)。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)繪；激光雷達(dá)；測(cè)繪技術(shù)；應(yīng)用

1、激光雷達(dá)的工作原理

利用現(xiàn)代光頻波段技術(shù)對(duì)所測(cè)量區(qū)域的電磁波進(jìn)行傳送和把控，是激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的主要工作原理。通過對(duì)電磁波的傳送和收集，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體的高度、距離和體積等數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。相對(duì)于普通光波而言，激光具有方向性明顯、顏色單純、相干性特突出、抗外界干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，將激光利用與工程測(cè)繪能夠達(dá)到較為理想的效果。在實(shí)際測(cè)繪工作中，激光的光束打在物體表面會(huì)產(chǎn)生反射效果，反射的光束被雷達(dá)所接收，雷達(dá)內(nèi)部系統(tǒng)就可以根據(jù)光束發(fā)出和收回的時(shí)長(zhǎng)對(duì)物體的距離進(jìn)行計(jì)算。

另外，GPS系統(tǒng)也在其中發(fā)揮了重要作用。GPS系統(tǒng)在接收到坐標(biāo)信息后，能夠?qū)す恻c(diǎn)的X/Y/Z坐標(biāo)進(jìn)行景區(qū)的計(jì)算。事實(shí)上，所謂的激光云點(diǎn)，就是有由激光點(diǎn)匯聚而成，通過系統(tǒng)重構(gòu)繪制成云點(diǎn)圖像，這就是相當(dāng)于是機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)高的原理。

激光束發(fā)射和回傳的頻率非常的高，同時(shí)接收器也處于高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)中，光束在回傳的過程中，就包含了距離、高度等信息。在使用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)備所處位置高度的不同，其平面精度也會(huì)有所不同，10-30厘米的高程精度其平面精度可以達(dá)到約0.15-1米左右。

2、激光雷達(dá)測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1空間掃描技術(shù)

掃描方式分為掃描體制和非掃描體制，目前國(guó)內(nèi)多采用掃描體制。應(yīng)用最多的是機(jī)械掃描方式，掃描頻率很高，能用不同機(jī)械結(jié)構(gòu)得到不同掃描圖樣。二元光學(xué)式新興重要分支，但目前工程應(yīng)用還不成熟，掃描角度小，透過率也較低。

2.2激光發(fā)射機(jī)技術(shù)

現(xiàn)在，激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)選擇的光源主要是氣體激光器和半導(dǎo)體泵浦固體激光器等。半導(dǎo)體激光器是一種小型化的激光器，工作物質(zhì)幾十種。主要激勵(lì)方式有電泵式、電注入式和高能電子束。大部分是電注入激勵(lì)。通過多年來研究，其得到了很大的發(fā)展。波長(zhǎng)覆蓋范圍越來越大，各項(xiàng)的性能參數(shù)和輸出功率也得到不斷提到，應(yīng)用在某些重要領(lǐng)域。半導(dǎo)體泵浦固體激光器優(yōu)點(diǎn)是量子效率高，重量輕、體積小、穩(wěn)定可靠、工作壽命長(zhǎng)，輸出地光束質(zhì)量好，已經(jīng)可以解決工程的應(yīng)用問題，是發(fā)展最快、前景最好的激光器。目前氣體激光器是一種種類最多，應(yīng)用最廣、輸出的激光波長(zhǎng)最豐富的激光器。優(yōu)點(diǎn)是輸出波長(zhǎng)的范圍很寬，氣體光學(xué)均勻性好，輸出光束質(zhì)量較好，穩(wěn)定性好等。

2.3終端信息的處理技術(shù)

該處理系統(tǒng)不僅要同步協(xié)調(diào)控制各個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、掃描機(jī)、激光器和各個(gè)信號(hào)處理電路，還要處理從接收機(jī)送出信息，目標(biāo)距離信息要努力獲取，同時(shí)還要完成錄取、產(chǎn)生及處理重構(gòu)系統(tǒng)的三維圖像數(shù)據(jù)。目前設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路完成，用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距單元，同時(shí)還要采用精密測(cè)時(shí)的技術(shù)等。

2.4高靈敏度接收機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)

接收單位由光電探測(cè)器、光學(xué)系統(tǒng)和回波檢測(cè)處理電路等等組成，設(shè)計(jì)基本要求是：高回波探測(cè)概率、高接受靈敏度以及低的虛警率。工程應(yīng)用中，要合理提高接收機(jī)的靈敏度來提高激光測(cè)距機(jī)性能。激光接收機(jī)核心部件是探測(cè)器，一定要合理選擇使用探測(cè)器。由于雪崩光電二極管有可靠性好、體積小、內(nèi)增益高等優(yōu)點(diǎn)，首選用在工程中。

3、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1基礎(chǔ)信息收集

工程測(cè)繪工作首先就是要對(duì)目標(biāo)測(cè)繪地點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，因此在工程測(cè)繪中進(jìn)行激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，其首要的工作任務(wù)就是對(duì)基礎(chǔ)信息進(jìn)行收集，如形成數(shù)字影像、形成測(cè)繪地圖的雛形等。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)其在速度與精確度上有著突出的表現(xiàn)，因此在進(jìn)行基礎(chǔ)信息收集的過程中，其可以有效的對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中的一些不足進(jìn)行完善，使得基礎(chǔ)測(cè)繪工作的完成更加的高效快捷。

3.2精密信息測(cè)量

除了一些基礎(chǔ)信息的收集與整合外，在進(jìn)行工程測(cè)繪工作的過程中，有時(shí)還要進(jìn)行一些高精密的測(cè)量工作，這些測(cè)量工作單靠傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)很難有效的完成，因此需要激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)給予一定的支持，工程施工地區(qū)可能存在著一些具有代表性的景觀或者植被等，在進(jìn)行施工的過程中如不進(jìn)行有效的規(guī)劃就很可能對(duì)施工地區(qū)的景觀造成一定的破壞。激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在應(yīng)用的過程中，對(duì)于施工地點(diǎn)內(nèi)部的景觀進(jìn)行了全面的分析，對(duì)于一些需要進(jìn)行保護(hù)的景觀給予了劃分并制定出了一定的保護(hù)策略，這對(duì)于完善全局規(guī)劃，保護(hù)工程景觀有著一定的幫助作用。

3.3進(jìn)行數(shù)字高程建模

數(shù)字高程建模是近幾年來工程施工過程中經(jīng)常使用的一種建模方式，其可以使工程的施工更加的科學(xué)化，合理化。通過數(shù)字高程建模工程施工單位可以對(duì)具體施工過程中的各項(xiàng)施工因素進(jìn)行分析與明確，例如施工過程中土方量的統(tǒng)計(jì)，地形通視情況的掌握等。將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到工程測(cè)繪工作中，其可以借助激光點(diǎn)的應(yīng)用迅速的對(duì)工程區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并快速建立其三維坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)的分析與整合，構(gòu)建出符合工程施工需要的數(shù)字高程模型。這在一定程度上縮短了高程建模的速度，同時(shí)還可以最大限度的保障數(shù)字高程建模的準(zhǔn)確性。

3.4模擬城市建設(shè)

建筑工程的施工是城市建設(shè)的一部分，為了使城市中建筑工程的施工更加的合理化，科學(xué)化，有關(guān)部門將激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行了一定的推廣，將其應(yīng)用到了城市建設(shè)規(guī)劃工作當(dāng)中。通過激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，有關(guān)部門可以對(duì)整個(gè)城市或是城市中想要進(jìn)行規(guī)劃的區(qū)域進(jìn)行有效的測(cè)繪，并在數(shù)據(jù)收集全面后進(jìn)行數(shù)字城市的建設(shè)，以此來對(duì)未來城市的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行模擬，為政府提供更加合理的城市建設(shè)方案。同時(shí)也為城市中建筑工程的展開提供了更大的保障，使其可以更加順暢的投入建設(shè)當(dāng)中。

3.5數(shù)字礦山的構(gòu)建

數(shù)字礦山的建立既滿足環(huán)境友好型、經(jīng)濟(jì)節(jié)約型社會(huì)需要也對(duì)促進(jìn)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要作用近年來朧國(guó)礦業(yè)及礦業(yè)城市遇到了生存與發(fā)展的困境而礦山生態(tài)環(huán)境、資源枯竭等問題嚴(yán)重礦山系統(tǒng)內(nèi)的功能受到局限礦山的人力、物力、財(cái)力都有所影響若想解決這些問題必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)字礦山的重視。

總結(jié)

激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中有著廣泛的應(yīng)用，其不僅可以對(duì)傳統(tǒng)工程測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行一定的完善，同時(shí)還對(duì)工程測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行了一定的發(fā)展，使得工程測(cè)繪工作在工程施工過程中發(fā)揮出更大的作用。

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（作者單位：邯鄲市鑫發(fā)地理信息工程有限公司）