摘要：本文結合作者多年的工作實踐經驗，對激光雷達測繪技術應用在工程測繪中進行了探討和分析。以供讀者參考。
　　
　　關鍵詞：LIDAR，工程測繪，應用
　　
　　1前言
　　激光雷達技術簡稱為LIDAR：該技術可以實現空間三維坐標的同步、快速、準確地獲取，并根據實時攝影的數碼像片，通過計算機重構來實現大型實體或場景目標的3D數據模型，再現客觀事物的實時的、真實的形態特性，為快速獲取空間信息提供了簡單有效手段。
　　根據載體的不同，llDAR技術主要分地面三維激光掃描技術和機載激光雷達掃描技術兩大類，顧名思義，地面二維激光掃描系統的空間載體是地面，類似于傳統的地面近景攝影測量。它將激光掃描儀直接與數碼相機、GPS相結合，對目標進行掃描成像，獲取激光反射回波數據和目標表面影像，并在軟件支持下構建三維數字模型和紋理的精確貼加，從而達到目標物快速、有效、精確的三維立體建模。經過改裝，地面三維激光掃描系統不但可以安置在固定設備上，也可以裝載在運動的汽車上，進行連續的二維場景和目標形態的空間數據采集。
　　機載激光雷達系統則是一款高速度、高性能、長距離的航空測量設備，該系統由激光測高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導儀)和高分辨率數碼照相機組成，實現對目標物的同步測量。測量數據通過特定方程解算處理，生成高密度的三維激光點云數值，為地形信息的提取提供精確的數據源。
　　
　　2激光雷達時測易的原理
　　與普通光波相比，激光具有方向性好、單色性好、相干性好等特點，不易受大氣環境和太陽光線的影響。使用激光進行距離量測可大大提高了數據采集的可靠性和抗干擾能力。當來自激光器的激光射到一個物體的表面時，其中一部分光會反射回去，而被激光雷達所配備的接收器昕接收。當儀器計算出光由激光器射出到返回到接收器的時間為2t后，那么，激光器到反射物體的距離(d)=光速(C)x時間(t)／2。
　　在LIDAR系統中，結合GPS得到的激光器位置坐標信息，工NS得到的激光方向信息，就可以；隹確地計算出每一個激光點的大地坐標X、Y、Z，大量的激光點聚集成激光點云，組成點云圖像。這就是機載激光雷達的測高原理。激光束發射的頻率可以從每秒幾個脈中到每秒幾萬個脈；中，拿頻率為每秒一萬次脈沖的系統來說，接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點，數口相當可觀。很多LADAR系統還能記錄同一脈沖的多次反射，激光束可能先打在樹冠的項端，其中的一部繼續向下打在更多的樹葉或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，這樣就會有一
　　組多次返回的具有X、Y、Z坐標的點記錄，并分層表示。利用這個特點，我們可以通過分類和濾波處理，獲取地面高程，以及樹高及建筑物的高度等信息。利用機載工ADAR系統進行測高作業，根據不同的航高，其平面精度可以達到0.15～1m，高程精度可達到10～30cm，地面分辨率甚至可達到厘米級。可以說，機載LIDAR系統是為綜合航攝影像和空中數據定位而設計的新技術手段，它能為測繪工程、數字地圖和GIS應用快速提供精確的空間坐標信息和三維模型信息。
　　
　　3激光雷達技術在測繪中的應用
　　3．1快速獲取數字高程模型
　　LIDAR技術最主要的數據產品是高密度、高精度的激充點云數據，該數據直接反映點位的三維坐標。通過自動或人工交互處理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目標上的點云進行分類、濾波或去除，然后構建不規則二角網TlN，就可以快速提取DEM。由于激光點密度大，數目多，使得生產高精度、高分辨率的DEM也成為可能，因此它是解決快速進行DEM數據采集的最有效方法，其產品精度甚至可以滿足多行業對高程的需求。
　　3_2基礎測繪的實施
　　除了數字高程模型，基礎測繪的“4D”產品還包括數字正射影像(DOM)、數字線劃地圖(DLG)和數字柵格地圖(DRG)。對于DOM和DLG兩種產品，其生產也不能缺乏高精度三維信息的支持。
　　例如：DOM是在DEM提供精確的地形信息的前提下，進行數字微分糾正得到的。如果沒有可靠的DEM資料，傳統生產DOM方法是通過數字攝影測量的方法實現的。數字攝影測量作業工序繁瑣，設備要求和技術路線非常嚴格對生產人員的技能要求比較高；而機載激光雷達優化技術提取的地面三維坐標。完全滿足高精度影像微分糾正的需要，使得DOM的生產變得相當容易，可以無需使用數字攝影測量這種昂貴的專業平臺，在一般的遙感圖像處理系統中即能實現規模化生產。此外，高精度的激光點云數據還直觀反映植被和地物的三維信息，利用這些資源，DLG地形地物的判讀和量測更加準確，數據的采集變得更加容易。
　　
　　3．3精密工程測量
　　很多精密工程測量，都需要采集測量目標的高精度三維坐標信息，甚至需要建立精確的三維物體模型，比如：電力選線、礦山和隧道測量、水文測量、沉降測量、建筑測量、變形測量、文物考古等等行業。地面和機載LIDAR就是解決這種實際問題的最有效手段。通過數碼像片獲取的紋理信息與構筑物模型進行疊加構建三維模型，是進行景觀分析、規劃決策、形變量測、物體保護的重要依據。
　　例如LIDAR技術為公路、鐵路設計提供高精度的地面高程模型DEM，以方便線路設計和施工土方量的精確計算。在進行電力線路設計時，通過LIDAR的成果數據可以了解整個線路設公共區域內的地形和地物要素情況。在樹木密集處，可以估算出需要砍伐樹木的面積和木材量。在進行電力線搶修和維護時，根據電力線路上的LIDAR數據點和相應的地面裸露點的高程可以測算出任意一處線路距離地面的高度，這樣就可以便于搶修和維護。
　　3．4數字城市建設
　　數字城市是21世紀以來，很多地方正在力爭構建的信息化目標。空間信息作為數字城市的基礎框架和平臺，是構建數字城市的重要研究課題。LlDAR系統可以獲取高分辨率、高精度的數字地面模型和數字正射影像，提供了構建數字城市最寶貴的空間信息資源，因此是數字城市建設的重要技術力量。數字城市還需要構建高精度、真三維、可量測，具有真實感的城市三維模型作為管理城市的虛擬平臺。但是采用傳統技術，進行城市三維建模是精雕細琢的工藝，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影響了數字城市服務面的寬度和深度。利用LIDAR技術對地面建筑物進行空中激光掃描或地面多角度激光掃描，可以快速獲取目標高密度高精度的三維點坐標，在軟件支持下對點云數據進行模型構建和紋理映射，多方面地構建大面積的城市三維模型。并可以實施快速動態史新，為數字城市建設基礎數據源的持續性、歷史性提供了確實的保障。
　　3．5水下地形測量
　　有些LIDAR系統，采用了兩種不同波長的激光束還可以對水底進行測量。比如，SHOALS系統在采用紅光(或紅外光)測量水面的同時，用藍綠光穿透水面測量水底，通過這兩個光束的接收時間差計算水的深度，因此可以進行大面積的水下地形測量。通常情況下，海道測量LIDAR所能測量的海水深度為50m，此一深度隨水質清晰度的不同而變化，為航道、近海海洋、水文等行業的人士所推崇。