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摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。中国的工程事业也迎来了发展的黄金时期，促使着测绘事业不断的进行更新。随着激光雷达扫描技术的快速发展，激光雷达扫描技术具有效率高、灵活可靠、精度高等优点，激光雷达扫描为面测量，在大区域测量下，可以反映测区整体情况，能够满足传统测量方式难以完成的作业和工期要求，因此地籍测绘、公路扩改建、农林业、矿山测量、地质灾害等领域得到广泛的应用本文就工程测绘中激光雷达测绘技术展开探讨。
关键词：工程测绘；测绘技术；激光测绘；雷达
引言
激光雷达测绘技术分为计算机系统、激光系统和雷达系统相互协作处理测量问题，该技术中的激光系统主要通过利用发射设备向外供给激光脉冲，得到的反馈信息传输到计算机系统当中，通过计算机自身的数据处理技术对数据进行存储和统计以及以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
1激光雷达扫描技术
激光雷达扫描技术通过移动激光雷达系统进行测量，大面积高分辨率的快速获取被测对象表面的三维坐标数据，有机载、车载、船载、人工背负等多种平台。激光雷达扫描技术的特点有：（1）非接触测量。无须反射棱镜，直接采集物体表面的三维数据；（2）数据采样率高。远远高于传统测量的采样点数据；（3）主动发射扫描光源。通过自身发射的激光的回波信息来解得目标物表面点的三维坐标信息；（4）高分辨率、高精度。可以高效率获取高精度、高分辨率的海量点位数据；（5）数字化采集、兼容性好。通过直接获取数字信号采集数据，具有全数字特征，方便后期处理和输出，后期处理软件与其他软件有很好的共享性。
2探讨工程测绘中激光雷达测绘技术
2.1激光雷达用于无人船障碍物检测
激光雷达用于无人船障碍物检测，需先进行参数标定，之后对激光雷达点云数据进行预处理，去除无效的雷达点云；在此基础上，利用预处理后的激光雷达点云数据，计算无人船周边环境障碍物分布情况，然后根据障碍物的多少，自适应确定适中的地图分辨率，构建栅格地图；对三维激光雷达点云数据进行降维处理，将三维激光雷达点云投影到栅格地图，减小数据量，提高障碍物检测效率；最后，在栅格地图上提取出障碍物的距离、方位等信息，实现障碍物栅格表达。公式（1）是将三维激光雷达点云投影到栅格地图的转换关系，其中，Row和Col分别为栅格地图的行数和列数，（x，y）为激光雷达点云平面坐标，Tx和Ty分别为在x和y坐标上增加的平移量，G为栅格大小。
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Row=（y+Yy）/G+1
Col=（x+Tx）/G+1
所述方法的关键是构建自适应分辨率的栅格地图，具体过程如下：以无人船位置为中心构建固定大小的二维栅格地图，对于同一个障碍物环境场景，采用不同分辨率的栅格地图表达，障碍物区域在栅格地图中所占比重不同，因此，引入栅格地图的障碍物密集度I=No/N和障碍物表达时间t作为栅格地图分辨率的评价指标，No表示栅格地图中的障碍物所占栅格数，Nt表示栅格地图中的总栅格数，障碍物密集度I反映的是障碍物检测精度，障碍物表达时间t反映的是障碍物检测效率，其中，障碍物表达时间进行了多次平均和归一化处理，以减小计算机性能差异对其测量的影响；利用激光雷达检测障碍物的点云数据，分别建立障碍物密集度I和障碍物表达时间t与栅格地图分辨率R之间的函数关系，如式（2）所示，并将上述两函数关系的交点作为确定期望栅格地图分辨率Ropt的判定依据，如式（3）所示，即在满足栅格地图分辨率尽可能高的前提下，使得障碍物表达时间尽可能的短，其中，Iopt和topt分别为期望栅格地图分辨率对应的障碍物密集度和障碍物表达时间。
R=f（I）I=[0，1]
R=g（t）t=[0，1]
Rop=f（Iopt）=g（topt）
2.2电力工程中的激光雷达测绘技术
在电力工程当中除了对电路元件设施进行测绘外，还需要对内部电力传输和管道线路进行测量和规划，由于工程环境复杂具有许多不安全因素的存在，也就为传统的线路测绘工作增加了一定的难度。在激光雷达测绘技术当中利用机载雷达扫描技术即可最大限度地突破不利地理环境因素的影响。由于电路一般存在建筑内部或者地下，所以在激光雷达测绘技术实施过程中，一般的电力工程测绘利用直升机或无人机进行测量工作，雷达系统起到主要作用。雷达系统对传输中的电力线路进行勘测，避免测量产生偏移影响数据的准确，让飞行设备沿着电力传输与管道传输的走向和线路从头至尾飞行即可完成测绘工作。由于一些传输线路比较薄弱，要选择合适激光强度，为了保证采集效果可以按照电力的强弱来自动调整发射激光的强度。除此之外，飞行设备的飞行高度和飞行速度也会影响数据的采集，所以在计算机数据分析和形成模型的过程中，需要将影响因素考虑其中并采取一定的处理措施，以获得更高质量的测绘数据。在具体线路测绘工作当中，还可以安装录像机和数字相机等设备，在测绘的同时对电力传输线路进行检查和维护，使得两项工作能够完美结合。
2.3激光雷达扫描技术在地籍测绘中的应用
采用激光雷达扫描技术，能够在较短的时间生产高质量、高精度的真彩色的点云数据和正射影像数据基础上，进行1：500地籍测绘工作。地籍测量的精度要求较为严格，对测区的地籍成果做精度验证，精度验证分为高程中误差检测和平面中误差检测。高程中误差检测是通过测部分地面高程点，代入到点云或者图纸中检查高程精度；平面中误差检测是采用全站仪测量GPS不易测量的房屋角点，用于检查房屋尺寸与位置信息。
2.4矿山工程中的激光雷达测绘技术
在当前生态文明社会的大背景下，中国的矿产事业在测绘阶段存在一定的困难，特别是在生态环境恶劣的矿山上，测绘过程会受到空间程度上的局限，想要满足矿产行业的发展要求就要投入大量的人员资源和财物资源，这样不仅会劳民伤财也无法达到预想中的效果。为了解决人力所不能为的问题，借助激光雷达测绘技术，通过数字矿山来推动矿业可持续发展。在矿山工程当中需要测绘的参数包括矿山地质分布、矿产资源分布、勘探路线等。由于矿山环境复杂，存在着很多的不确定因素，若通过工作人员进行实地勘测，可能会引发一系列的危险事故。尤其在勘探路线的规划上，需要在测绘当中标注好路线、路标、路障等，且这些信息要十分精确，才能保证矿山工程中的勘探工作可以顺利安全的进行。在这样的不方便工作人员深入的测量范围，大多使用无人机来进行操控，这样就需要获取无人机的飞行航迹推导出目标的准确坐标和原件尺寸。利用地面GPS基站和激光机载GPS的测量数据联合平差来确定飞机的飞行轨迹。该技术中的雷达系统所提供的是以椭球面为基准的大地高程，当测量范围广时，可以将地球表面当成平面来处理，其误差可忽略不计。将获得的测绘信息与基础物理模型进行叠加，构建被测物体的精细三维模型，使矿山工程得以顺利实施。
结语
经过长时间的应用分析发现激光雷达测绘技术解决了传统测绘工作中的问题，且提升了测绘的效率。但由于中国对该技术的应用相比于发达国家起步较晚，还有更大的发展空间，希望在今后的使用过程中不断的对技术进行改进，推动测绘事业的发展。
参考文献：
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[2]王丽英.基于无人机激光扫描的输电通道安全距离诊断技术，2018，42（6）：15-21.
论文作者:江磊1 张珍珍2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/19
标签：栅格论文; 激光论文; 障碍物论文; 技术论文; 测量论文; 数据论文; 地图论文; 《基层建设》2019年第24期论文;