摘要：在现如今的测绘工程中可以看出，采用激光雷达测绘技术是一种相对比较常见的现象。在经济和科技不断发展的现代社会，测绘技术的发展水平不断提升，激光雷达测绘技术的应用为其提供了动力。在测绘工程中应用这种技术不仅可以高效地提升测绘工作的效率，还可以打破传统测绘方式的局限性。本文中，笔者主要对激光雷达测绘技术在工程中的应用情况进行深入探讨，仅供参考。
关键词：激光雷达；测绘；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、航天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 激光雷达测量的原理
与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。当仪器计算出光由激光器射出到返回到接收器的时间为2t后，那么，激光器到反射物体的距离（d）=光速（c）×时间（t）/2。
在LIDAR系统中，结合GPS得到的激光器位置坐标信息，得到的激光方向信息，就可以准确地计算出每一个激光点的大地坐标X、Y、Z，大量的激光点聚集成激光点云，组成点云图像。很多LIDAR系统还能记录同一脉冲的多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端，其中的一部继续向下打在更多的树叶或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，这样就会有一组多次返回的具有X、Y、Z坐标的点记录，并分层表示。利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15~1m，高程精度可达到10~30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是为综合航摄影像和空中数据定位而设计的新技术手段，它能为测绘工程、数字地图和GIS应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。
3 激光雷达技术在测绘中的应用
3.1快速获取数字高程模型
LIDAR技术最主要的数据产品是高密度、高精度的激光点云数据，该数据直接反映点位的三维坐标。由于激光点密度大，数目多，使得生产高精度、高分辨率的DEM也成为可能，因此它是解决快速进行DEM数据采集的最有效方法，其产品精度甚至可以满足多行业对高程的需求。
3.2基础测绘的实施
除了数字高程模型，基础测绘的“4D”产品还包括数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）和数字栅格地图（DRG）。对于DOM和DLG两种产品，其生产也不能缺乏高精度三维信息的支持。
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例如：DOM是在DEM提供精确的地形信息的前提下，进行数字微分纠正得到的。如果没有可靠的DEM资料，传统生产DOM方法是通过数字摄影测量的方法实现的。在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。此外，高精度的激光点云数据还直观反映植被和地物的三维信息，利用这些资源，DLG地形地物的判读和量测更加准确，数据的采集变得更加容易。
3.3精密工程测量
很多精密工程测量，都需要采集测量目标的高精度三维坐标信息，甚至需要建立精确的三维物体模型，比如：电力选线、矿山和隧道测量、水文测量、沉降测量、建筑测量、变形测量、文物考古等等行业。地面和机载LIDAR就是解决这种实际问题的最有效手段。通过数码像片获取的纹理信息与构筑物模型进行叠加构建三维模型，是进行景观分析、规划决策、形变量测、物体保护的重要依据。
例如：LIDAR技术为公路、铁路设计提供高精度的地面高程模型DEM，以方便线路设计和施工土方量的精确计算。在进行电力线路设计时，通过LIDAR的成果数据可以了解整个线路设公共区域内的地形和地物要素情况。在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时，根据电力线路上的LIDAR数据点和相应的地面裸露点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度，这样就可以便于抢修和维护。
3.4数字城市建设
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。LIDAR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LIDAR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更新，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。
3.5水下地形测量
有些LIDAR系统，采用了两种不同波长的激光束还可以对水底进行测量。比如，SHOALS系统在采用红光（或红外光）测量水面的同时，用蓝绿光穿透水面测量水底，通过这两个光束的接收时间差计算水的深度，因此可以进行大面积的水下地形测量。通常情况下，海道测量LIDAR所能测量的海水深度为50m，此一深度随水质清晰度的不同而变化，为航道、近海海洋、水文等行业的人士所推崇。
结束语
近几十年来的发展可以说是之前人类史从来没有过的跨越式发展，经济的不断地发展，带动了生活的进步，人们在解决温饱问题的同时，慢慢的关注自己的衣食住行，对于其要求与标准在不断的提升。正是人们的需求的不断改变，我们的相关企业就要不断的提升自己，运用先进的科学技术手段来满足人们的需求，使企业在竞争的过程中不断地吸取经验，培养高精端人才。激光雷达测绘技术就是一个很好的例子，在测绘的领域也取得了很大的成绩。
参考文献：
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[3]屈增风，靳辰飞，赵远，孙秀冬.新型光纤激光雷达的结构理论分析与作用距离计算[J].红外与激光工程，2009（2）.
论文作者:兰栋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/22
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