王建 卢俊
长江三峡勘测研究院有限公司（武汉） 湖北武汉 430079
摘要：因为激光雷达测绘技术可以高精度、全要素、多维度的迅速的获取地物信息，应用越来越广泛。随着工程技术的发展和工程建设的要求越来越高，BIM三维协同设计、三维实景建模、文物保护、矿山测绘、沉降监测等都对测绘数据提出了密度、维度、精度等方面更高的要求，激光雷达测绘技术的应用正逢其时。本文首先介绍了工程测绘和激光雷达测绘技术的定义，然后提出了激光雷达测绘技术的基本原理，最后分析了激光雷达测绘技术在工程测绘中的实际应用。
关键词：工程测绘；激光雷达测绘；技术
引言
目前，在工程测绘工作的开展过程中广泛应用了各种类型的先进技术，激光雷达测绘技术就是一种比较典型的技术。对于这种技术的应用，进一步提高了工程测绘的工作质量与工作效率。通常情况下，要想准确了解工程测绘中的空间位置，测绘人员就应该要对具体的点位进行测绘，而对于激光雷达测绘技术中GPS系统的应用能够帮助测绘人员准确找出所需的空间位置信息，并进行有效的处理。
1激光雷达测绘技术概述
激光雷达测绘技术主要包括计算机系统、激光系统两部分。其中，激光系统负责向外供给激光脉冲，计算机系统则负责数据的存储、处理等工作。在工程测绘工作操作中，激光雷达测绘技术先获得测绘目标的空间三维坐标，再利用计算机系统处理测绘目标耳朵数字摄像片，得到测绘目标的实体三维模型，进而真实地展现目标工程的所有物体。激光雷达测绘技术通过电磁波发射探测信号，当探测信号到达测绘目标所在地后，快速返回测绘目标信号，然后对发射信号与返回信号进行对比分析，借此了解测绘目标信息，如高度、距离等。而且，激光雷达测绘技术包括连续波激光雷达技术、脉冲激光雷达技术等，不仅能了解测绘目标的静态信息，还可以跟踪、探测测绘目标的动态信息，形成的工程测绘结果十分完整。
激光雷达测绘技术包括很多关键性技术，主要有以下三种。
1.1空间扫描技术
空间扫描技术分为扫描体制与非扫描体制。在实际的应用中，机械扫描方式被应用的最多，其有着较高的扫描频率，扫描图样根据不同的机械结构最终得出的结果也是不同的。
1.2激光发射机技术
目前，激光发射机的选择的光源是气体激光器和半导体泵浦固体激光器。半导体激光器包括多种激励方式和工作的物质，现如今电注入激励被应用的较为广泛，并且发展的较为迅速，引起具有较大的波长覆盖范围，使各项输出功率与性能参数得到了提升。半导体泵浦固体激光器的体积不是很大，并且具有较轻的质量和较高的量子效率，能够提供较好的光束质量，其工作的寿命也比较长，其被应用的也比较广泛。
1.3终端信息处理技术
该处理系统需要对各个部分进行同步协调的控制，如传统结构、激光器、扫描机等。接收机负责发出信息，目标要努力获取信息。现在，该系统的设计通常需要借助计算机和大规模的集成电路，用FPGA实现测距单元。
2激光雷达测绘技术的基本原理
激光雷达测绘技术是通过光波完成各项测绘工作，发射光波距离较长，相对于常规容易受影响的光波而言，收集工作具有更强的安全性。当被测对象的表面接收到光波时，有些反射光能够发射到雷达接收器上，雷达接收系统可以结合反射光的有关数据，将从光波到被测对象的实际距离计算出来。并且全球定位系统在激光雷达测绘系统中是至关重要的，其可以及时接收到激光雷达测绘系统所获取的所有位置信息，而且可以准确定位被测对象的实际坐标，具有一定的精准性，通过测量两个或者超过两个的距离，可以结合被测对象的实际移动轨迹，进而获得被测对象的移动速度。
3.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用
3.1基础测绘
基础测绘作为测绘工程工作的基本目的和要求，主要是为了完成搜集整理所需测绘对象的基本信息。在基础测绘阶段，需要完成测制地图的工作，收集所反映出的数字影像并对其进行分区域的分析。在测绘工程中，数字摄影测量是一项非常复杂的工作内容，必须要严格规划设计测量程序，精确安排基本的测量路线。在实际应用中，激光雷达技术通过采用数字三维坐标方式，有效地定位地面三维坐标，使整个测绘工作更加精准高效。测绘时通过机载激光雷达技术能够准确得出测绘对象的地面三维坐标，实现了高精度影像微分纠正的要求，生产数字正射影像工作变得不再繁琐复杂，大大降低了生产成本，从而实现生产规模的扩大。且通过激光测绘技术，可直观地反映出物体、植被的三维信息，有效地提升了基础测绘的精确性和准确性，从而使所测绘得出的数据更加真实可靠，为进一步的工程提供参考。
3.2精密工程测量
很多精密工程的测量，都涉及到测量目标的采集，并获得三维坐标信息或者三维物体模型，例如在水文测量、建筑测量、沉降测量、电力选线、文物考古、变形测量等行业中。地面激光雷达和机载激光雷达就是解决这类问题的有效方法。利用数码相片获得纹理信息，并与构筑物模型实现叠加，以构建三维模型，可有效实现对景观的规划分析、物体保护、形变测量、规划决策等。例如激光雷达技术在铁路设计、公路设计中提供的高精度地面高程模型，可便于线路的设计与施工方法精确计算。在电力线路设计过程中，利用激光雷达技术的成果数据可以对整个线路有所了解，包括公共区域内的地物、地形等要素；在电路线维护或抢修时，根据电力线路中的激光雷达数据点，以及对应地面裸露点的高程，计算出任意位置线路距离地面的高度，方便维护与抢修；另外，在树木的密集区内，也可利用激光雷达估算出需要砍伐树木的面积与木材量。
3.3在数字城市建设中的应用
社会经济飞速发展，城市建设更为多元，并且向着数字化的方向演进。激光雷达技术应用于城市规划中，可高精度的模拟城市地形，提供精确化、细致化的数字正射影像图，从而为城市规划提供科学精准的数据信息依据，为数字城市建设提供有利支持。此外，可以利用该技术构建仿真的三维城市，为城市管理者提供一个真实的虚拟城市平台，与传统技术工作量大、更新慢、效果差的特点相比，该技术快速获取目标高密度、高精度的三维点坐标，在软件和硬件的支持下构建大面积的城市三维模型，并可以快速更新，为数字城市建设提供最基础的数据和最完善的服务。
3.4在水下地形测量中的应用
一些激光雷达测绘技术使用两个不同波长的激光束，并且可以在同时测量水底。例如，该系统SHOALS使用红色或红外光进行水面测量，并且在激光的蓝 - 绿光穿透水面至水的底部。水的深度可以用在两个光束的接收时间的差来计算。因此，激光雷达技术可以完全在水下地形测量利用。一般情况下，海水中的激光雷达技术在水文勘测测量的深度为50米。这个深度水质的变化清晰度在航道，近海，水文等行业备受推崇。
3.5矿山测绘
矿产资源及产业的管理，在一定程度上关系到资源城市的可持续发展，矿山生态环境越来越恶化，在一定程度上也会阻碍矿山的建设。因此，增强矿山数字建设显得尤为重要。应用激光雷达测绘技术在短期内采集矿山内部的所有数据，采用Bentley Pointools构建三维数字模型，明确矿山的实际现状，提取出地面模型和矿山模型，应用GIS对严重损坏的矿山区域进行经济和环境分析，重点对塌陷位置损坏程度进行监测，实现对可能产生的灾害的风险预警等工作。
4结束语
总之，激光雷达测绘技术的优点众多，将它应用在工程测绘中能够进一步提高工程测绘的质量与效率，并帮助测绘人员得到更多准确的测绘数据，促使我国工程测绘行业的更好发展。而且，在我国科学技术持续发展的过程中，这项技术必将更加成熟与完善，从而也就可以在更多的领域创造价值。
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