激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用

《激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、激光雷达测绘技术在工程测绘中的运用摘要：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。 本文通过阐释工程测绘和激光雷达测绘技术，分析了激光雷达测绘技术的基本原 理，重点对激光雷达测绘技术在工程测绘中的实际应用进行研究。关键词：工程测绘；测绘技术；激光雷达随着工程技术的发展和进步，工程测绘中逐渐应用各种先进科技，而激光雷 达测绘技术也包含在内。在工程测绘中应用激光雷达

2、测绘技术有较大优势，其大 大的提升了工程测绘的工作水平和工作效率。与传统的测绘技术相比，激光雷达 测绘技术有较高的准确性及精度，能够对工程测绘的效率有效提升，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，促使我国工程测绘行业得到有效发展。1激光雷达测绘技术的简介1.1激光雷达测绘技术测绘主要是指以电子通讯技术、计算机技术等先进技术为前提，以GPS、GIS、 RS为核心，利用测量获得被测对象的位置信息和图形信息，通过计算、处理以及 搜集数据，为加强工程建设的管理与规划奠定坚实的基础。激光雷达测量技术是 最初由欧美发达国家发展起来并投

3、入商业化应用的一门新兴技术，在三维空间信 息的实时获取方面取得了重大突破，为获取高时空分辩率的地球空间信息提供了 一种全新的技术手段，是当今测量业界先进的测绘技术。激光雷达测绘技术，又 称为LIDAR，运用电磁波将信号发送给被测位置，通过将以往发送的信号和接收 的信号作对比的过程，将被测对象的高度、宽度、距离以及物体处于静止或者运 动的状况进行准确的计算，进而达到勘测和跟踪被测对象的目的。激光雷达测绘 技术可以在同一时间获得三维的空间坐标，使其能够达到同步进行的效果，利用RealWorks、Pointools、3dsMax等点云处理、建模软件实现一套完善的数字模型。 该先进的数字模型，可以获得

4、传统测量方式不能测量的精准度高的三维空间数字 信息，具有正确、速度快以及应用领域广等特点。将激光雷达测绘技术和虚拟现 实技术相结合，能够全天候监测自然灾害，比如：地震、旱涝等等，为赈灾防灾 做出及时的预警，还可以在工程建设中应用，真正实现智能化管理交通安全系统， 合理规划城市整体布局以及进一步推进环保建设。1.2激光雷达测绘技术优势1.2.1技术特点（1）获取高清晰数码影像的能力。激光雷达系搭载的专业数码相机可获取 高清晰的数码影像，也就意味着该系统具有获取更多信息的能力。（2）获取高密度三维点云的能力。激光雷达采用激光回波探测原理，直接 获取高密度三维点云的能力是激光雷达区别于传统航空摄影测

5、量的最大特点，高 密集的点云数据能够真实反映地形地貌。（3）激光具有较强的穿透能力。激光良好的单向性使之能从狭小的缝隙穿 过，到达地表，从而获取地表真实高程。1.2.2技术优势（1）数据产品丰富a）三维激光点云:LiDAR技术直接获取的三维点云数据是生成数字高程模型 （DEM）的基础。粗分类的点云可制作DEM，细分类的点云可用于地物识别、采集， 建立三维模型等。b）数字表面模型:数字表面模型真实再现地物和裸地表起伏现状，可应用于 生产真正射影像、数字三维模型。c）正射影像（DOM）:利用DEM对数码航空影像像元进行纠正，再做影像镶嵌生 成的影像成果。它的信息丰富直观，具有良好的可判读性和可量测

6、性，从中可直 接提取自然地理和社会经济信息。d）数字高程模型（DEM）:通过从LiDAR获取的三维点云中提取地面数据即可生 成数字高程模型。e）数字线划图（DIG）:利用激光点云和DOM影像可快速生产大比例尺（1：500 至1 ：2000)DLG产品，同时节省外业调绘工作量，成图效率大大提高，是全野外 人工测图的5%20%。(2) 自动化程度高从飞行设计到数据获取，到最终产品的数据处理，自动化程度非常高。通过 GPS技术实时显示飞行轨迹。不会发生漏拍的情况，避免人为错误。(3) 信息获取敏感性LiDAR可以获取小于遥感影像或者雷达影像分辩率的目标信息，可穿透植被 覆盖物获得地面点数据。(4)

7、传感器工作条件LiDAR测量是采用主动式测量，自行发射和接收激光脉冲，可穿透茂密植被 直达地面，不受光照和阴影的限制，获取的数字高程模型更接近真实地表形态， 受天气影响较小，还具航空摄影测量的大范围和激光测距的高精度特性，LiDAR 技术是大区域高精度数字高程模型数据获取的最佳选择。(5) 生产周期短LiDAR达系统直接获取地面三维点云的坐标和影像的方位元素，无需或仅需 极少量的地面控制点，可以直接进行DEM和DOM的生产，与传统航测立体测图相 比，成图工作量是其30%50%，调绘工作量是其50%左右，可较大幅度地缩短综 合工作周期。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

8、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最近几年，城市化进程在不断加快，工程类型也多样化，带动了我国建筑行 业的

9、稳定发展，并且与工程建设有关的工程测绘行业也实现健康发展，激光雷达 测绘技术高速发展，在很大程度上为工程测绘提供强大的保障。目前，在工程测 绘中激光雷达测绘技术已经得到普遍应用，具体包括精密测绘、矿山测绘以及基 础测绘等。激光雷达测绘技术在基础信息收集过程中主要有以下几个方面的应用：（1）形成数字影像。数字影像是收集目标测绘地点基础信息的主要工作之 一，激光雷达可以借助数字坐标，利用三维影像的构建完成数字摄影工作，从而 生成数字影像。（2）生成测绘地图的雏形。利用激光雷达测绘技术收集基础信息，主要目 的是生成测绘地图的雏形。根据获取的数字影像对测绘地图进行基础性的绘制， 并输入基础的测绘信息，

10、从而生成测绘地图的雏形。（3）提高工作效率。激光雷达测绘技术对传统测绘技术有一定的补充作用， 弥补了传统测绘技术的不足，提高了基础测绘的工作效率。3.1基础测绘在基础测绘过程中，首先需要将被测对象的数字信息切割和反映出来，以此 为前提形成最初的测绘图纸。在该过程中最关键的工作是数字测量和数字摄影， 并且这些工作具有复杂性和系统性。为了确保测绘数据的精准度，需要结合实际 情况对测绘线路进行合理的设计，激光雷达测绘技术能够提高地面三维坐标的准 确性，可以满足高精准度影像微分改正要求，无需数字摄影测量就能够获取数字 正射影像，不仅使复杂的测绘环境变得简单化，而且能够使工作成本降低。除此 之外，激光雷

11、达测绘技术使用高精准度的激光点云数据，能够将线塔、房屋道路、 水箱等物体的所有三维信息都直接反映出来，而这些信息都是基础测绘所需要的。测绘人员只有具备了较高的专业素质，才能够严格根据测绘技术路线来完成 相应的测绘任务。激光雷达测绘技术的应用有效实现了被测物体地面三维坐标的 数字化呈现，这种测绘方式，大大提高了测绘的精度，使得测绘误差大大减小， 测绘成本得以控制，测绘效率大大提高。激光雷达技术与其他定位技术等结合， 可以进行大范围DEM的高精度信息获取，这种信息获取具有实时性，能够使得有 关人员掌握真实地表的高精度三维信息，在城市道路、堤坝、隧道工程建设与监 测方面能够发挥其技术效果。3.2数字

12、化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。当前矿山以及依附矿山发展的城市遇到了很大的麻烦，环境由于过度的开采 直接导致了环境问题的出现，再者过度的开采面临着严峻的资源枯竭，此外还要 考虑市场的近

13、期状况，考虑矿山的内部环节以及人、机、料、法、环方面的影响。 当前的有效方式就是加强数字矿山的建设，从多方位多角度去看待问题，以达到 根治的目的。数字矿山就是通过运用激光雷达技术快速采集整个矿山的数据，与 此同时构建三维模型更好的表现其形式，因为每一部分的构成不同，建模时所考 虑的侧重点也不同。一般情况下，应分层构建，同时进行多方位的评价，一般情 况主要是进行环境、经济型、自然灾害等方面的评价。如此一来，可以实现高效 的反馈数据，连续二十四小时不间断的提供数据，对于整体的模型构建的清晰合 理，此外可以预测评估未来可能发生的事故，能帮助我们防患于未然。3.3精密测绘在工程测绘领域，往往涉及了一些

14、精密信息的测量，比如，水文地质测量、 沉降测量等，这些测量必须要保障测绘的精度，必须应用先进的测绘技术，来对 被测物体进行全方位的测量。激光雷达测绘技术能够利用数码照相等功能，获得 水文地质的纹理数据，该数据通过与工程模型的叠加处理，建立三维模型，在该 模型中，相关人员能够获得精确的变形、沉降数据，有效实现了精密信息误差控 制。高速公路设计中，高精度的地面高程模型DEM为设计人员的土方量计算与线 路设计提供了便捷。以某高速公路工程为例，在项目规划建设过程中，结合区域 内的特征，选用激光雷达测绘技术。在该测区内，地面高程在100700m，相对高 差达到了 500m以上，工程区域内包含了各种的山岭

15、、丘陵等地貌，地质条件复 杂，土层较高，该地区主要分布着黄土，黄土的垂直性特征加大了该地区内的地 形变化，导致区域内的地形差异明显。复杂的地形地质条件加剧了工程测绘的难 度，应用激光雷达技术，能够保障测绘数据的精确性。激光雷达测绘技术的应用中，航摄飞机与激光雷达设备是关键设备，这些设 备的应用，保障了测绘工作的高效率进行。航摄飞机在飞行过程中，可以实现自 动化控制，飞行姿态的调整由GPS设备与机载激光雷达来完成。在测绘过程中， 激光雷达测绘技术主要包含了：机载激光雷达航空数据采集、分别生成彩色数字 正摄影像图DOM、数字高程模型DEM、数字线划地形图DLG、横断面地面线。根据 所获得的各种模型

16、与信息，有关设计人员能够进行线路的设计与调整，保障了高 速公路设计规划的质量。3.4管道线路城市化的快速发展过程中，各种管道线路的分布日益复杂，比如，各种电力 线路、通信线路等。在管道线路测绘中，机载雷达扫描技术建立了空中激光雷达 系统，该系统的建立，保障了管道线路测绘工作的顺利进行，最大程度上避免了 环境因素对测绘产生的干扰。在管道线路测绘中，直升机只要沿线路分布，就 可以获得全面的测绘信息。相比较而言，激光雷达测绘的操作便捷，要保障测绘 的质量，相关的测绘人员只需要结合测绘质量要求，进行直升机飞行高度与速度 的科学控制就可实现。3.5数字城市建设城市化的快速发展过程中，各种管道线路的分布日益复杂，比如，各种电力 线路、通信线路等。在管道线路测绘中，机载雷达扫描技术建立了空中激光雷达 系统，该系统的建立，保障了管道线路测绘工作的顺利进行，最大程度上避免了 环境因素对测