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摘要：随着社会及科学技术的快速发展，在工程测绘领用淘汰了一些传统落后的工程测绘技术，引进了一些先进工程测绘技术，激光雷达测绘技术就是其中之一，本文阐述了激光雷达技术测绘原理并就其应用在工程测绘中进行了探讨。
关键词：激光雷达；测绘技术；工程测绘；应用
1、激光雷达测绘技术
激光雷达测绘技术的英文简称是 LIDAR，激光雷达测绘技术主要是由激光发射机技术、空间扫描技术、终端信息处理技术以及高灵敏度接收机设计技术等四个部分组成。激光雷达测绘技术能够同步、准确、高效的获取空间三维坐标信息， 同时可以随时把摄影获得的像片利用计算机重组技术构建实物的3D数据模型，提高获取空间信息的效率。下面本文激光雷达测绘技术进行简要分析：
1.1激光发射机技术
目前的激光雷达发射机选用的光源有两种，分别是半导体泵浦固体激光器与气体激光器。半导体激光器一般都是小型化有十几种工作物质的激光器。半导体激光器的激励方式一般有高能电子束、电注入式、电泵式，目前使用的大多数是电注入激励的。随着电子技术、电子产品的快速发展，半导体激光器发展的速度也非常快。半导体泵浦固体激光器具有质量轻、稳定性好、体积小方便携带、使用寿命长等诸多优点，是一个具有很好发展前景的激光器。气体激光器是目前种类最多的激光器，也是应用最广的激光器，具有的优点是性能稳定、光速质量好。
1.2空间扫描技术
空间扫描技术的方式分为扫描体制及非扫描体制，扫描体制是我国普遍选用的扫描方式。
1.3终端信息的处理技术
终端信息的处理系统不但要对扫描机、传动结构、信号处理电路和激光器进行同步协调处理，而且要对接收机送出的信息进行整合处理。在当前通常使用计算机与大规模的集成电路来实现终端信息处理系统，在单元测距方面使用FPGA技术来完成。
1.4高灵敏度接收机设计技术
高灵敏度接收机设计的接收单位是由光学系统、光电探测器与回波检测处理电路组成，高灵敏度接收机设计技术的基础要求是接受灵敏度高、虚警报率低和回波探测概率高。
2、激光雷达测绘技术的原理
激光雷达技术采用的是集激光，惯性导航系统（INS）与全球定位系统（GPS）组合激光雷达测绘系统，该系统的目的主要是获取有效的数据来源，让地面数字高程模型（DEM）清晰的实现。系统测绘是根据激光来进行探测与测量的。使用激光进行工程测量的明显优势是精度非常高，大面积的定位测距的误差可以小于4公分。激光雷达测绘系统测量的精确度是多方面保证的，不仅使用激光高精度测量，而且再由惯性测量单元一起发挥效果。激光雷达测绘系统的工作原理是激光器发射激光脉冲打击在物探表面，然后反射回接收器表面，接收器就是到激光脉冲信号，记录下时间，然后根据公式精确计算出被测物体距离并统计。
3、激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用
3.1基础测绘
基础测绘主要是用于实现工程测绘的基本目的和要求的，通常来讲，因为工程测绘是对被测物体基本信息收集整合的过程，因此，基础测绘要能给实现对数来说是一个比较复杂也是很重要的过程，因此要对基础测绘的线路和流程进行合理规划设计，通过大量的实际测量发现激光雷达测绘计算能给利用数字三维坐标方式完成地面三维坐标定位工作。机载激光雷达测绘技术得出的地面三维坐标不仅实现高精度影像微分纠正功能，而且更容易产生数字正射影像，不需要借助数字摄字影像切割和反映，并进一步形成测绘地图。数字摄影、测量工作对于工程测绘影测量平台来实现，这样大大降低的测绘的成本，而且还可以实现规模化生产。指标、地物等的三维信息可以利用高精度的激光点云数据来反映，让激光雷达测绘的数据充分得到运用，实现非常精准的判读和测量，数据采集的精度和效率大大提高。
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3.2精密工程的测量
测量目标采集在紧密工程测绘中是必须要开展的工作，利用测量目标采集可以得到物体的三维模型和三维坐标信息，举例说明，比如在文物考古、建筑工程测量、电力输电线路选择、水文测绘、变形测量等行业都涉及到精密工程测量。
精密工程的测量一般采用机载激光雷达测绘技术和地面激光雷达测绘技术来完成。三维模型的构建需要使用数码相片来得到纹理信息和构筑物模型进行叠加来实现。利用构建好三维模型能给完成构筑物的物体保护、规划分析、形变测量和规划决策等。比如激光雷达测绘技术在高速公路线路设计和铁路线路选择设计方面可以提供非常高的精度的地面高程模型，这样可以为高速公路及铁路线路设计和施工设计提供科学、精确的测绘数据。在电力输电线路设计过程中需要使用激光雷达测绘技术得出相关测绘参数信息，根据这些测绘参数信息对整个线路有一个全面的了解，主要包括线路周边的地形地貌、公共区的地物等。如果输电线路需要穿过密集的林区，可以利用激光雷达测绘技术估算出需要砍伐的林木面积和位置，尽量减少因输电线路对环境造成的破坏，同时提高工程施工效率。
3.3数字矿山的构建
构建数字矿山不仅可以满足经济节约型环境友好型社会的需求，而且对矿山可持续开采有十分重要的意义。随着矿石资源开采量不断增大，资源危机的现象越来越严重，合理开采矿山资源是社会与时代发展的要求。目前我国矿山系统因资源枯竭功能受到限制，对矿山产业的发展十分不利。加强数字矿山的构建，让矿山开采发展走可持续发展道路是社会发展的必然趋势。矿山矿区内的数据信息可以使用激光雷达技术进行数据滤波来快速提取，然后构建完善的三维虚拟地面模型，对建筑物的合理区域进行确定，为建筑物模型的重建提供可靠信息。利用建筑物模型与地面分层相结合来建模、匹配及融合，进而对矿山塌陷区的经济和生态环境进行合理评价，并对塌陷导致的地面裂缝、土地侵蚀展开分析，清楚了解塌陷区建筑物被破坏的具体情况和山体滑坡等地质灾害情况。
3.4电力传输与管道布图
电力传输线路和管道布置图等可以利用机载激光雷达系统进行测绘，采用该技术可以大大降低测绘成本，并且可以自由调节直升机的飞行速度和高度，得到高精度的参数。假如在激光雷达应用平台中同时使用录像机、数字相机及其他传感设备，不仅可以实现激光雷达测量，而且还能同步对线路进行检查和制图。
3.5森林工业的应用
森林工业是机载激光雷达系统最早的应用领域，森林工业的发展和国土信息管理等都要获得森林及其树冠下端地形的准确数据，传统的测绘技术不仅因为森林作业难度大，测量的数据不精准，而且测绘的效率低下，成本高。而机载激光雷达不仅可以获取树冠下的地形，而且还能获取树高信息。利用激光返回值可以得到植被返回值和地面返回值，然后可以计算出树木材质、树高、生态环境参数和树冠覆盖率等信息，传统的卫星测绘无法获取这些信息。
3.6数字城市建设的应用
进行21世纪，现代城市化建设发展的方向就是实现数字城市。数字城市的平台与基础框架是空间信息，构建数字城市需要攻克的技术难题也是空间信息。使用激光雷达测绘系统可以得到高精度、高分辨率的数字正投影像与地面模型，而构建数字城市正需要这些很珍贵的空间信息资源，所以激光雷达测绘技术是现实数字城市的核心技术之一。数字城市的建设需要构建一个真三维、高精度、真实感、可量测的城市三维模型，该城市三维模型主要用于数字城市管理。如果采用传统的测绘技术，在精确度方法达不到数字化城市构建的要求，而且传统的测绘技术工作量很大，效率低下，对数字城市建设的进度有很多的影响，并且传统的测绘技术存在的误差比较大，得到的空间信息准确率无法保证。使用激光雷达测绘技术可以直接测量出地面建筑物的面积和高度，然后建立三维点坐标，精准定位，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、结束语
激光雷达测绘技术在广泛的实际应用中不断发展成熟，将来在军工、民用领域也会得到广泛应用。
参考文献
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论文作者:赵科
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年1月下
论文发表时间:2017/5/11
标签：激光论文; 技术论文; 激光器论文; 测量论文; 数字论文; 信息论文; 模型论文; 《建筑学研究前沿》2017年1月下论文;