论文部分内容阅读
【摘要】随着我国科学技术的快速发展，在人们的生活中对越来越多的先进科学技术得到应用，有效地将人们的生活环境得到改善，提升人们的生活质量。本文主要从工程测绘中激光雷达测绘技术的概述着手，简要阐述了激光雷达测绘技术在工程项目中的应用。
【关键词】工程测绘；激光雷达测绘技术；应用
1.激光雷达测绘技术概述
激光雷达是在光频波段工作的雷达，且与微波雷达的工作原理相近，利用光频波段的电磁波向目标地点发射探测信号，然后再将接收到的同波信号和发射信号进行比较，进而得知目标的方位、距离、高度等具体位置，以及其运动状态信息，以实现对目标的跟踪、探测和识别。激光测距机是简化的激光雷达形式，在激光测距技术的基础上，实现方位配置、测量俯仰状态、自动跟踪激光目标等，以此构成完整的目标探测与跟踪激光雷达。一般情况下，激光雷达由激光接收机、激光发射机、伺服控制系统、信息处理系统、操控显示终端组成，且激光雷达可根据不同方法进行分类：如果按照发射波形与数据处理的方式，可分为连续波激光雷达、脉冲激光雷达、脉冲压缩激光雷达、脉冲多普激光雷达、动目标显示激光雷达及成像激光雷达等；如果按照安装的平台划分，则分为机载激光雷达、地面激光雷达、航大激光雷达以及舰载激光雷达等；根据完成的不同任务，分为靶场测量激光雷达、火控激光雷达、障碍物回避激光雷达、导弹制导激光雷达、飞机着舰引导激光雷达。
在实际应用中，激光雷达可以单独使用，也可与微波雷达、红外电视、可见光电视、微光电视等组合使用，让系统既能搜索到远距离目标，也可实现目标精密跟踪，在当前工程测绘中应用广泛。
2.激光雷达的工作原理
激光雷达在工作的过程中，激光发射系统会先对信号进行发出，通过目标反射后被信号接收系统直接进行收集，这样能够测量出激光信号往返的传播时间，从而确定所测目标的距离。通过反射光之多普勒频移对所测目标之径向速度进行确定，通过对2个或2个以上的距离进行测定，则可以将目标变化率得到准确计算，从而获取有效的目标速度。
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，是对工程测绘过程中的基本要求和基本目的的实现，一般来说，由于工程测绘是一种对待测物体的基本信息的搜集和整理的过程。所以在基础测绘的阶段，应该实现对数字影像的基本反映和切割，并在此基础上进行初步的测绘地图的形成。對于测绘工程来说，数字摄影和测量的工作是非常繁琐和重要的，所以要求实现对其基本线路和程序的严格设计和规划，经检验激光雷达技术可以根据数字三维坐标的方式实现地面三维坐标的定位。而机载激光雷达技术所提供的地面三维坐标，则可以满足高精度影像微分纠正的要求，让数字正射影像生产更加容易，并不需要数字摄影测量平台，极大降低成本，在一般遥感图像处理系统中就可以实现规模化生产。另外，高精度的激光点云数据，可直观反映地物、植被等三维信息，充分利用这些资源，实现更加精准的判读与测量，提高数据的采集效率与质量。
3.2测量精密工程
对于多数精密工程的测量而言，都对测量目标的采集有所涉及，并对三维坐标信息或三维物体模型进行获得，例如：在建筑测量、水文测量、沉降测量、文物考古、电力选线以及变形测量等行业内，地面激光雷达和机载激光雷达能够将该类问题得到有效解决。运用数码相片能够将纹理信息得到获得，并与构筑物母性相互叠加，促使三维模型的构建，以及景观的规划分析、物体保护、规划决策以及形变测量等进行有效实现。例如：在铁路设计与公路设计中，激光雷达技术能够对高精度地面高程模型进行提供，对线路的设计与施工方法的精确计算提供便利。在设计电力线路的过程中，对激光雷达技术的成果数据进行利用能够了解整个线路，主要包括：公共区域内的地物、地形德国要素。在维护或抢修电路时，与电力线路中激光雷达数据点以及对应地面裸露点的高程相结合，对任意位置线路与地面相距的高度进行极端，对维护及抢修提供便利。其次，在密集的树木区域内，可通过对激光雷达进行运用，将需要砍伐的树木编辑与木材量进行估算。
3.3数字矿山的构建
数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要。也对促进矿山可持续发展具有重要作用。近年来，我国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境，而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重，矿山系统内的功能受到局限，矿山的人力、物力、财力都有所影响。若想解决这些问题，必须加强对数字矿山的重视。利用激光雷达数据滤波迅速提取矿区内的相关数据，建立起三维虚拟地面模型，并确定建筑物的合理区域，提取建筑物的顶面信息，以重建建筑物模型。建筑物的模型和地面的分层组合建模、匹配融合等，实现塌陷区的生态环境与经济评价，对由于沉陷造成的土地侵蚀与裂缝进行分析，调查沉陷区的建筑物破坏情况，以及检测滑坡地质灾害等。
3.4电力传输和管道布图
在直升机平台上工作的激光雷达系统对测量传输线路最为适用。由于直升机能够沿整个电力线或管道传输的走廊飞行，与固定翼飞机相比存在成本节约的优势，并且直升机能够根据需要对高度及速度进行随时调整，从而对更为精准的数据得以获取。若在激光雷达应用平台中同时对录像机、数字相机一起其他传感设备进行运用，既能将激光雷达测量得以实现，又能同步对线路检查及制图工作进行开展。
3.5在森林工业中的应用
机载激光雷达系统最早在商业领域即森林工业中得以应用，由于森林业发展与国土管理都对森林及树冠下端地形的准确数据所需要，而传统技术中则对树高和树的密度的紧缺信息很难获取。机载激光雷达与卫星成像有一定的不同，在运用该技术对树冠下的地形进行利用时，还可同时对树的高度进行获取。在处理数据的过程中，独立的激光返回值又包括地面返回值和植被返回值两部分，并以此来对更多林业相关信息进行那个计算，例如：材质、树高、生态环境以及树冠覆盖等，该内容都是传统摄影测量或地面测量所无法获取的内容。
3.6数字城市建设的应用
数字城市是21世纪以来，很多地方正在力争构建的信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台，是构建数字城市的重要研究课题。激光雷达测绘系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字正射影像，提供了构建数字城市最宝贵的空间信息资源，因此是数字城市建设的重要技术力量。数字城市，还需要构建高精度、真三维、可量测，具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术，进行城市三维建模是精雕细琢的工艺，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用激光雷达测绘技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描，可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持下对点云数据进行模型构建和纹理映射，多方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新，为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障。
4.结语
总之，在我国工程测绘中，激光雷达测绘技术的应用极为广泛，与传统的公测个测绘技术相比，激光雷达测绘技术有较高的准确性及精度存在，能够对工程测绘的效率得到有效提升。由于激光雷达测绘技术在我国的应用较晚，在处理数据方面仍不够成熟，因此还应通过深入研究，适当进行改进并完善，促使我国工程测绘得到有效发展。[科]
【参考文献】
［1］李清泉,李必军,陈静.激光雷达测量技术及其应用研究[J].武汉测绘科技大学学报，2000(05).
［2］詹庆明,梁玉斌.激光雷达数据处理、信息提取与应用[J].地理信息世界，2011(02).
【关键词】工程测绘；激光雷达测绘技术；应用
1.激光雷达测绘技术概述
激光雷达是在光频波段工作的雷达，且与微波雷达的工作原理相近，利用光频波段的电磁波向目标地点发射探测信号，然后再将接收到的同波信号和发射信号进行比较，进而得知目标的方位、距离、高度等具体位置，以及其运动状态信息，以实现对目标的跟踪、探测和识别。激光测距机是简化的激光雷达形式，在激光测距技术的基础上，实现方位配置、测量俯仰状态、自动跟踪激光目标等，以此构成完整的目标探测与跟踪激光雷达。一般情况下，激光雷达由激光接收机、激光发射机、伺服控制系统、信息处理系统、操控显示终端组成，且激光雷达可根据不同方法进行分类：如果按照发射波形与数据处理的方式，可分为连续波激光雷达、脉冲激光雷达、脉冲压缩激光雷达、脉冲多普激光雷达、动目标显示激光雷达及成像激光雷达等；如果按照安装的平台划分，则分为机载激光雷达、地面激光雷达、航大激光雷达以及舰载激光雷达等；根据完成的不同任务，分为靶场测量激光雷达、火控激光雷达、障碍物回避激光雷达、导弹制导激光雷达、飞机着舰引导激光雷达。
在实际应用中，激光雷达可以单独使用，也可与微波雷达、红外电视、可见光电视、微光电视等组合使用，让系统既能搜索到远距离目标，也可实现目标精密跟踪，在当前工程测绘中应用广泛。
2.激光雷达的工作原理
激光雷达在工作的过程中，激光发射系统会先对信号进行发出，通过目标反射后被信号接收系统直接进行收集，这样能够测量出激光信号往返的传播时间，从而确定所测目标的距离。通过反射光之多普勒频移对所测目标之径向速度进行确定，通过对2个或2个以上的距离进行测定，则可以将目标变化率得到准确计算，从而获取有效的目标速度。
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，是对工程测绘过程中的基本要求和基本目的的实现，一般来说，由于工程测绘是一种对待测物体的基本信息的搜集和整理的过程。所以在基础测绘的阶段，应该实现对数字影像的基本反映和切割，并在此基础上进行初步的测绘地图的形成。對于测绘工程来说，数字摄影和测量的工作是非常繁琐和重要的，所以要求实现对其基本线路和程序的严格设计和规划，经检验激光雷达技术可以根据数字三维坐标的方式实现地面三维坐标的定位。而机载激光雷达技术所提供的地面三维坐标，则可以满足高精度影像微分纠正的要求，让数字正射影像生产更加容易，并不需要数字摄影测量平台，极大降低成本，在一般遥感图像处理系统中就可以实现规模化生产。另外，高精度的激光点云数据，可直观反映地物、植被等三维信息，充分利用这些资源，实现更加精准的判读与测量，提高数据的采集效率与质量。
3.2测量精密工程
对于多数精密工程的测量而言，都对测量目标的采集有所涉及，并对三维坐标信息或三维物体模型进行获得，例如：在建筑测量、水文测量、沉降测量、文物考古、电力选线以及变形测量等行业内，地面激光雷达和机载激光雷达能够将该类问题得到有效解决。运用数码相片能够将纹理信息得到获得，并与构筑物母性相互叠加，促使三维模型的构建，以及景观的规划分析、物体保护、规划决策以及形变测量等进行有效实现。例如：在铁路设计与公路设计中，激光雷达技术能够对高精度地面高程模型进行提供，对线路的设计与施工方法的精确计算提供便利。在设计电力线路的过程中，对激光雷达技术的成果数据进行利用能够了解整个线路，主要包括：公共区域内的地物、地形德国要素。在维护或抢修电路时，与电力线路中激光雷达数据点以及对应地面裸露点的高程相结合，对任意位置线路与地面相距的高度进行极端，对维护及抢修提供便利。其次，在密集的树木区域内，可通过对激光雷达进行运用，将需要砍伐的树木编辑与木材量进行估算。
3.3数字矿山的构建
数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要。也对促进矿山可持续发展具有重要作用。近年来，我国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境，而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重，矿山系统内的功能受到局限，矿山的人力、物力、财力都有所影响。若想解决这些问题，必须加强对数字矿山的重视。利用激光雷达数据滤波迅速提取矿区内的相关数据，建立起三维虚拟地面模型，并确定建筑物的合理区域，提取建筑物的顶面信息，以重建建筑物模型。建筑物的模型和地面的分层组合建模、匹配融合等，实现塌陷区的生态环境与经济评价，对由于沉陷造成的土地侵蚀与裂缝进行分析，调查沉陷区的建筑物破坏情况，以及检测滑坡地质灾害等。
3.4电力传输和管道布图
在直升机平台上工作的激光雷达系统对测量传输线路最为适用。由于直升机能够沿整个电力线或管道传输的走廊飞行，与固定翼飞机相比存在成本节约的优势，并且直升机能够根据需要对高度及速度进行随时调整，从而对更为精准的数据得以获取。若在激光雷达应用平台中同时对录像机、数字相机一起其他传感设备进行运用，既能将激光雷达测量得以实现，又能同步对线路检查及制图工作进行开展。
3.5在森林工业中的应用
机载激光雷达系统最早在商业领域即森林工业中得以应用，由于森林业发展与国土管理都对森林及树冠下端地形的准确数据所需要，而传统技术中则对树高和树的密度的紧缺信息很难获取。机载激光雷达与卫星成像有一定的不同，在运用该技术对树冠下的地形进行利用时，还可同时对树的高度进行获取。在处理数据的过程中，独立的激光返回值又包括地面返回值和植被返回值两部分，并以此来对更多林业相关信息进行那个计算，例如：材质、树高、生态环境以及树冠覆盖等，该内容都是传统摄影测量或地面测量所无法获取的内容。
3.6数字城市建设的应用
数字城市是21世纪以来，很多地方正在力争构建的信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台，是构建数字城市的重要研究课题。激光雷达测绘系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字正射影像，提供了构建数字城市最宝贵的空间信息资源，因此是数字城市建设的重要技术力量。数字城市，还需要构建高精度、真三维、可量测，具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术，进行城市三维建模是精雕细琢的工艺，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用激光雷达测绘技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描，可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持下对点云数据进行模型构建和纹理映射，多方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新，为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障。
4.结语
总之，在我国工程测绘中，激光雷达测绘技术的应用极为广泛，与传统的公测个测绘技术相比，激光雷达测绘技术有较高的准确性及精度存在，能够对工程测绘的效率得到有效提升。由于激光雷达测绘技术在我国的应用较晚，在处理数据方面仍不够成熟，因此还应通过深入研究，适当进行改进并完善，促使我国工程测绘得到有效发展。[科]
【参考文献】
［1］李清泉,李必军,陈静.激光雷达测量技术及其应用研究[J].武汉测绘科技大学学报，2000(05).
［2］詹庆明,梁玉斌.激光雷达数据处理、信息提取与应用[J].地理信息世界，2011(02).