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摘要：对工程测绘来说，其待测物主要由地表状况、位置、形状以及建筑物等内容组成，在地形图里面把这些内容充分展示出来，对工程施工方法的选择以及工程施工工作的顺利进行都有着至关重要的影响，甚至会对工程施工规模、收益以及应用范围等都带来较大的影响。使用激光雷达技术进行工程测绘，定位测距的误差可以达到厘米级甚至毫米级。激光雷达测量系统的精度是多方面保证的，不仅仅需要高精度高频率的激光雷达，而且高精度的组合导航系统的作用也至关重要。
关键词：工程测绘；激光雷达；测量技术；应用
1激光雷达测绘技术的概念分析
激光雷达测绘技术是激光技术与雷达技术相结合的产物，这种组合型测绘技术是近年来广泛推行的高效测绘方法，其工作原理和微波类型的雷达比较相近，都是采用传感器发射探测光束传播后，由接收器反射成为电信号，在将激光束发射的时间和接收时间进行记录，通过电磁波承载信号进行互相传递，进而对于测量目标描述具体位置和具体形态。在激光雷达的实际测量过程中能够非常精准的检测到测量目标的方位、距离、高度、形态等数据信息，误差很小，同时再结合GPS和INS技术共同发挥作用，完善测绘工作。
激光雷达技术在经历了多次变革后，在设备内部结构、功能方面都有了显著地提升，从安装平台上来看有机载、地面、舰载等几种，属于载动激光雷达，通过三维空间的变换来测量目标的三个坐标系数据，在实时获取目标信息上有很大的发展空间，增强了方位配置、俯仰和自动追踪的功能，是常用的激光探测和测距系统。从功能上来看有靶场、火控、导弹等，根据测绘任务的不同类型分成障碍物回避类型激光雷达、连续波激光雷达等。
目前激光雷达测绘技术的测绘方式和测绘设备都呈现出多样化的发展趋势，对微波雷达、红外设备、可见光电视等的运用十分广泛，通过增强发射部件、信息处理系统、操控终端的科技水平，加强了测绘过程的检测范围、搜寻范围，自动化水平和数据精密度都随着测绘技巧的组合使用得到显著加强，推动了我国工程测量行业的发展。
2激光雷达工作原理
激光雷达测绘技术，主要是利用移动激光雷达系统开展测量工作，可快速、大面积获取测量目标三维坐标数据。激光雷达，主要组成部分包括激光器、激光发射机与接收机、光束整形与激光扩束装置、光电探测器、回波检测处理电路、计算机控制与信息处理装置等。在激光雷达测绘中，主要是利用计算机分析回波信号，实现数据采集、处理，提取有用信息，为后期精密图像绘制做好基础工作，本文主要就工程测绘中激光雷达测绘技术的应用展开具体论述。
3激光雷达测绘技术的相关内容
3.1非机械扫描方式
非机械扫描方式中最为典型的是声光扫描，利用声光效应，当声波通过声光介质后就会影响到介质的疏密程度，如果衍射光的角度和频率发生变化，说明光束在通过介质时出现衍射效应，超声波声场发生改变。扫描设备就是基于这一原理制作而成。激光入射角和声波面的夹角满足一定条件时，介质内的衍射光就会互相干涉，留下0级和1级的衍射光。声光扫描属于无关性扫描，扫描速度比较快，且视场角比较小。
与之相比，另一种常见的非机械扫描方式是电光扫描，利用晶体的电光效应，将出射光束偏转后进行扫描。光束在晶体中某些方向的折射率发生改变，因此通过晶体的过程会产生相位差。电光晶体处于电场中，出射光角度发生变化，这种变化与电场之间密切相关。光束通过晶体产生相位差的变化，激光出射角也会随之偏转。
3.2机械扫描方式
以振镜扫描为例，其中一端和扫描电机连接，通过电机转动来实现振镜的偏转。此时，激光会随着镜面反射让出射角改变。
激光光束首先投射至沿X轴转动的振镜上，之后通过反射，到达沿Y周旋转振镜之上，以这一过程中通过相互配合来实现二维平面扫描。不过考虑到灵活性方面的要求，其结构冗余的问题与扫描频率问题应进行控制。
4激光雷达在工程测绘中的应用
4.1基础测绘
基础测绘是一个复杂也是至关重要的领域，因此需要对基础测绘的施测方法和作业流程进行合理规划。通过大量实际测量作业发现，激光雷达技术因其高效率、高精度的优势被广泛应用。
机载激光雷达测量系统更是被基础测绘工程所青睐，因其搭载了激光雷达、组合导航系统及高分辨率成像系统，并具有非接触式远距测量、提供高密度点云及快速机动灵活的作业方式等优点，可以提供基础测绘所需的“4D”产品，使得基础测绘工程不但作业成本大大降低，而且工程实施更加高效、准确、可靠。
4.2精密测量
获取待测物体高精度、高密度的空间三维点云数据是精密工程测绘的重要特点，利用测量目标的高质量三维数据生成被测物空间三维模型。如激光雷达测量系统在高速公路及高铁、轨道交通等应用领域可以提供高质量的地面高程模型，可为道路、轨道线路设计和施工设计提供科学、精确的工程测绘数据。在工业现场，对油气设施、输送管道及大型构筑物的监测管理工作，主要是位移、沉降、倾斜、裂缝等数据监测及变化趋势预测，激光雷达技术可以提供高精度、高密度的物体表面三维点云数据，快速进行几何尺寸变化监测，并通过分析、推演，形成监测报告，避免工业现场、建筑物等事故的发生。
4.3矿山测量
运用三维激光雷达技术，可辅助煤矿安全生产及矿区周边采空区监测，提供快速的数据采集及数据分析，确保煤矿生产安全有序。常见煤矿测量生产作业，运用的仪器为皮尺、水准仪、全站仪以及RTK，在使用传统测绘仪器时，会受到诸多因素的影响，最为典型的因素就是人为失误，严重影响到数据的准确性，同时作业人员在进入矿区生产作业区域，存在人员安全隐患。激光雷达技术，因其非接触式作业、自动化、高精度、高效率的优势也陆续在矿区工程测绘中推广应用。
4.4电力工程应用
对场景复杂，已建成的漫长输电线网络，如何进行安全有效的巡检管理，保证电网的正常运行，确保的电力供应的安全，显得尤为重要。一次输电线路事故，给电网经营企业及社会电力用户带来巨额的经济损失。电力工程作业的现状是，电力线巡检工作存在作业强度大、施工风险大、作业周期长、施测难度大、数据精度不高等特点，急需一种新型的电力巡线技术方案。机载激光雷达测量系统采用非接触式作业方式，快速高效获取电力线、输电设施及输电线周边全要素地物的空间三维数据，彻底颠覆了电力巡检的作业模式，使得电力工程外业水平大幅度提升，极大改善了巡线数据的有效性和准确性，提升了电网公司的运作效率和决策的科学性及准确性，带来了丰厚的社会经济效益。
结束语
综上所述，通过分析，我们不难看出激光雷达技术在现代测绘工程中扮演着关键角色，从其应用原理和应用优势中，我们也应该明确未来的发展方向，推动激光雷达技术的后续发展。无论是在哪个行业和领域，都能围绕基础测绘的要求进行系统化研究，发挥其数字处理的自动化特性，发挥高精密度、低成本特点。国外在这一方面已经进行了较为成熟的技术研究，我国也可以适当地参考国内外的先进方案，从系统构建、设备使用等角度强化应用优势。
参考文献
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