工程测绘中激光雷达测绘技术的应用探析

杨立波

（湖南省地质调查院，湖南 长沙 410000）

高效、高质量的测绘结果是工程测绘工作开展的直接目标，基于现代科学技术的发展，各种先进的、数字化的测绘技术逐渐发展起来，较传统测绘技术而言，在测绘效率、测绘精度以及复杂环境适应方面具有显著优势，本文主要选取激光雷达测绘技术为研究对象，其可高精度、全要素、多维度、快速获取地物信息，得到了大范围推广应用，加强相关应用分析具有重要意义。

1 激光雷达工作原理

激光雷达测绘技术，主要是利用移动激光雷达系统开展测量工作，可快速、大面积获取测量目标三维坐标数据。激光雷达，主要组成部分包括激光器、激光发射机与接收机、光束整形与激光扩束装置、光电探测器、回波检测处理电路、计算机控制与信息处理装置等。

在激光雷达测绘中，主要是利用计算机分析回波信号，实现数据采集、处理，提取有用信息，为后期精密图像绘制做好基础工作，本文主要就工程测绘中激光雷达测绘技术的应用展开具体论述。

2 工程测绘中激光雷达测绘技术的应用

近些年，激光雷达测绘技术不断发展、完善，下文主要就其应用优势与流程做了简单分析。

2.1 激光雷达测绘技术特点

激光雷达测绘是一种高效、高精度的测绘技术，其主要应用特点可归纳为以下几点：

（1）实现非接触测量，探测距离可达数千米，且单一视角下可获取三维坐标。

（2）采集数据量大，每秒可测量数十万个点。

（3）分辨率、精度高，激光雷达可同时追踪两个及其以上目标，不会因此出现分辨率下降的情况。

（4）主动式探测、抗干扰能力强，不受自然光、太阳高度角的影响，可24h全天候作业。

（5）数字化采集、兼容性好，测绘效率高，后期处理与输出便利。

（6）激光雷达体积小、质量轻，可采用机载、车载、船载、人工背负等多种平台。

2.2 激光雷达测绘技术流程

基于上文分析可知，激光雷达测绘技术在工程测绘中优势显著，目前已经得到了广泛推广应用。激光雷达测绘技术的应用流程可归纳如下：激光扫描→获取高密度、高精度激光点云数据与高分辨率数码影像→数据处理→生产所需高精度数字化产品。以常用的机载激光雷达测绘技术为例，其具体应用要点如下：

（1）数据采集：根据工程测绘背景与任务要求，合理选择激光雷达系统、飞行平台，落实控制测量与航线设计，保证数据采集的有效性。

（2）数据处理：激光雷达扫描获取的是原始激光点云数据，需通过数据预处理、坐标系统转换、激光点云数据分类处理，获得精化后激光点云。

（3）高精度数字化产品生产：包括数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划图DLG和地面线等。

3 实例分析

3.1 项目背景

本文仅以某水利水电工程项目测绘为例展开分析。本工程为“十三五”重大建设项目，水电站装机容量2400MW，属于抽水蓄能电站。本项目测绘难度较大，测区偏僻、交通不便、植被茂盛，根据综合分析决定采用机载激光雷达测绘技术，其可较好适应复杂环境，穿透部分植被，采集数据密度大、精度高、分辨率高，满足测绘需求。

3.2 机载激光雷达测绘方案

结合项区域实际情况与测绘要求分析，决定采用机载激光雷达测绘方案：

（1）本项目选用扫描鹰HS-1600机载激光雷达系统，并配备了1台飞思数码航摄相机，获取点云数据与影像数据，系统具体参数见表1。

表1 系统参数

（2）点云数据实施坐标转换、粗分类和精分类后，生成等高线关键点、构建TIN，生成DEM、等高线和高程点数据。

（3）影像数据实施畸变校正、开展空中三角测量，构建立体像对，立体采集地物信息。

（4）对点云生成地貌图与地物图进行套合，获得地形图。

3.3 机载激光雷达测绘技术应用要点

3.3.1 数据采集

本项目测区20km2，划分为12个子测区，具体航摄参数如下：

（1）相对航高：550m。

（2）激光发射频率：100kHz。

（3）影像旁向重叠度：35。

（4）航向分辨率：65。

取测区下库处一个控制点设置1台地面基站；测区分3个架次实施数据采集，飞行时间超过4h。

3.3.2 点云处理

（1）数据预处理：采用Trimble Applanix软件POSPAC解算轨迹数据，采用RIPROCESS解算各航带数据。

（2）点云数据拼接：采用RIPROCESS拼接模块进行处理，合理调整参数实现平面匹配，确保扫描数据、控制点与原始地形数据吻合。

（3）激光点云分类：采用噪声点滤波方法，将低点、空中点、移动地物点分离；通过反射强度、回波次数、地物形状等参数的综合自动分析，分类植被茂密区点云数据；所有分类出的地面点建立TIN，高程突变区做好参数调整，自动分类不理想区人工编辑。

3.3.3 影像处理

本项目各测区构建区域网实施空中三角测量，空三像方匹配后获取正射影像，调整色彩、亮度等参数，镶嵌数字正射影像，确保无明显拼接迹象。

3.3.4 精度分析

（1）点云精度：本项目有效平面检查点共计57个，点云高程精度统计结果见表2，高程精度良好，满足规范要求。

表2 点云高程精度统计结果

（2）地形图精度：采用外业实测方式检查地形图精度，结果见表3，平面坐标、高程精度良好，满足规范要求。

表3 地形图平面精度统计结果

4 结语

综上所述，激光雷达测绘技术具有精度高、效率高、适应性好等优势，在工程测绘中应用广泛。根据工程实践可知，激光雷达测绘平台众多，包括：机载、车载、船载、人工背负等，可根据测区实际情况进行合理选择；测绘过程中，严格根据测区情况做好系统选型、数据采集工作，科学开展点云数据与影像数据处理工作，保证测绘成果质量与精度满足要求。