激光雷達測繪技術在工程測繪中的運用分析

楊勇 楊水

（山東省國土測繪院，山東 濟南 250102）

一、激光雷達測繪技術的相關內容

（一）非機械掃描方式

非機械掃描方式中最為典型的是聲光掃描，利用聲光效應，當聲波通過聲光介質后就會影響到介質的疏密程度，如果衍射光的角度和頻率發生變化，說明光束在通過介質時出現衍射效應，超聲波聲場發生改變。掃描設備就是基于這一原理制作而成。激光入射角和聲波面的夾角滿足一定條件時，介質內的衍射光就會互相干涉，留下0級和1 級的衍射光。聲光掃描屬于無關性掃描，掃描速度比較快，且視場角比較小。與之相比，另一種常見的非機械掃描方式是電光掃描，利用晶體的電光效應，將出射光束偏轉后進行掃描。光束在晶體中某些方向的折射率發生改變，因此通過晶體的過程會產生相位差。電光晶體處于電場中，出射光角度發生變化，這種變化與電場之間密切相關。光束通過晶體產生相位差的變化，激光出射角也會隨之偏轉。

（二）機械掃描方式

以振鏡掃描為例，其中一端和掃描電機連接，通過電機轉動來實現振鏡的偏轉。此時，激光會隨著鏡面反射讓出射角改變。激光光束首先投射至沿X 軸轉動的振鏡上，之后通過反射，到達沿Y 周旋轉振鏡之上，以這一過程中通過相互配合來實現二維平面掃描。不過考慮到靈活性方面的要求，其結構冗余的問題與掃描頻率問題應進行控制。

二、激光雷達測繪技術在工程測繪的運用分析

（一）基礎工程測繪

在實際工程的測繪中可以看出，激光雷達測繪技術可以在基礎測繪工程中得以應用，主要包括數字正射影響、數字線劃地圖等。對于數字正射影像來說，必然離不開高精度的三維技術。其中比較典型的就是數字正射影像的獲得，主要是依靠地形的信息條件。通常，數字攝影測量工作的程序比較復雜，因此在實際的工作中對于設計和技術路線的要求也比較高。而且，對于測繪工作人員也提出了更高的要求，相關的設備不僅需要滿足高精度的微分糾正，還可以促進影響的生成。

（二）精密工程測量

精密工程與目標采集之間密切相關，精密工程的三維坐標信息和模型可以通過測量來獲取結果。包括建筑測量、水文測量、沉降測量以及變形測量等多個領域之內。激光雷達技術的使用，能夠有效解決這一系列問題。激光雷達技術能運用數碼照相技術獲取紋理數據，通過與建筑模型的疊加，創建三維模型，實現對目標實體的規劃分析和決策、以及變形測量等動作。例如在鐵路設計工程中，通過激光雷達技術實現對地面狀況的分析和模擬，為鐵路線路的設計和實際施工提供了依據。

（三）城市建設規劃

現代社會的工程建設中，空間信息的作用更加明確，也成為了城市建設過程中的有效參數信息。激光雷達測繪技術有助于獲取精度更高的地面模型和數字影像，獲取空間信息資源。例如在建設數字三維城市過程中，為了能更好地實現對空間的開發、利用，利用激光雷達技術獲取高密度的點云數據，構成三維城市的基礎參數，進行分析測量后構件數字高程模型、建筑體模型。相比與傳統技術，在坐標系方面實現了轉變，可以用測區均勻分布的控制點與坐標點作為基本參數，確定好坐標，在測量過程中點云也包括了多種類型，如城市建筑點、植被點、地面點等，最終則可以提取地面信息，將地面點云劃分為地面點、非地面點、噪聲點，在分層完畢后進行測繪。雖然點云數據會因建筑物密度過高產生一定的誤差，但是只需要通過人工審核并展開修改，就能維持分類結果的準確性。建筑體框架模型的制作結束后，可以按照城市圖形數據進行判斷，在三維立體軟件中進行編輯生成不同的框架模型等。

（四）森林工業應用

機械激光雷達系統在森林工業中也可以得到有效應用。由于工程中要獲取到森林下端地形信息，對于精度的要求比較高。如果選擇傳統技術手段，樹的高度、密度、環境因素等都會干擾到結果獲取過程。然而借助激光雷達系統，技術人員甚至可以透過樹冠來勘察樹冠之下的地形特征，包括獲取樹的高度信息等。在后續工作中也可以獲取更多的林業信息，如材質以及生態環境等。例如，在森林生物量的分析過程當中，可以建立其單木生物量模型，用于大規模范圍內的森林資源篩查工作。小光斑雷達數據的出現減少了離散點云數據受到的參數估測影響，可以記錄地物的波形和強度，以波形分析結果來獲取森林結構參數。未來的工作中還可以借助多源遙感數據的綜合應用，進一步提升雷達數據在部分茂林地區的精確度，或是選擇機器學習法，在不同區域的訓練數據分析時獲得不受影響的估測模型和算法結果，實現大面積推廣。

（五）電力系統工程測繪

在電力工程施工規劃中，對線路的測量一般會采用直升機上的激光雷達系統來實現。這主要是因為，直升機搭載的激光雷達系統能夠沿著電力線路的走向進行測量，相對于其他測量方式而言，較具靈活性優勢，能依據實際測量需求隨時調整直升機的高度以及飛行速度，進而實現對測量精度和測量效率的有效控制，同時也能節約測量成本。

三、結語

總之，激光雷達測繪技術已廣泛地應用到測繪行業中，可以滿足日益提高的工程測繪要求，要促進激光雷達測繪技術的發展。無論是在哪個行業和領域，都能圍繞基礎測繪的要求進行系統化研究，發揮其數字處理的自動化特性，發揮高精密度、低成本特點。