激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用分析

最初出現(xiàn)的是把測(cè)距作為主要的功能，其具備著高角、高分辨以及高距離的分辨率和抗干擾性強(qiáng)以及全時(shí)間的工作能力等優(yōu)點(diǎn)，使其在很多的領(lǐng)域中都被普遍地使用。通過(guò)機(jī)載系統(tǒng)在結(jié)合定位，能夠?qū)Φ乇磉M(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)獲取。這種搭載式的系統(tǒng)能夠穿過(guò)部分的樹(shù)木遮擋，對(duì)地表進(jìn)行直接性的三維信息獲取。

1 雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)的組成

激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成。其中硬件包括了三維激光掃描器、速度傳感器、微機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸裝置等。其軟件的部分就包含了數(shù)據(jù)的采集、通訊處理以及三維重建和可視化等方面，這些都是結(jié)果性的輸出形式。在這其中還有根據(jù)其主要的運(yùn)用領(lǐng)域而擁有不同的軟件模塊，其中主要的有工程管理、數(shù)據(jù)采集、三維顯示模塊等等。數(shù)據(jù)處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其主要的功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先的處理和計(jì)算，對(duì)檢測(cè)到的三維信息進(jìn)行體積的計(jì)算和比較等。數(shù)據(jù)的采集是前期的工作，其主要是對(duì)激光測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的獲得，其包含了計(jì)算機(jī)和激光掃描之間的相互溝通、計(jì)算機(jī)和傳感器之間以及初始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等方面。而三維現(xiàn)實(shí)模塊能夠?yàn)橄嚓P(guān)的用戶(hù)提供一個(gè)可視化的場(chǎng)景，其中包含了數(shù)據(jù)的輸入以及模型的建設(shè)等方面。成果的輸出模塊是最終的模塊，其主要是用報(bào)表的形式為用戶(hù)呈現(xiàn)各種數(shù)據(jù)資料，其中包含了測(cè)量物體的體積、變化量以及報(bào)表的輸出和生成等。

2 激光掃描測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)

激光掃描器與距離傳感器相結(jié)合對(duì)對(duì)象進(jìn)行表面形態(tài)的測(cè)量，這就是激光掃描測(cè)量。其通常是經(jīng)過(guò)激光發(fā)射器、接收器以及時(shí)間計(jì)數(shù)器等構(gòu)成。通過(guò)發(fā)射器，以此驅(qū)使一進(jìn)行激光脈沖的發(fā)射。接著通過(guò)接收透鏡對(duì)目標(biāo)的表面進(jìn)行接收工作，然后再發(fā)出相關(guān)的信號(hào)，形成一種接收性質(zhì)的信號(hào)，使用穩(wěn)定的石英時(shí)鐘對(duì)發(fā)射和接收之間的時(shí)間差異進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)微機(jī)對(duì)測(cè)量的相關(guān)資料進(jìn)行處理，進(jìn)行顯示或者儲(chǔ)存等，然后和距離傳感器的數(shù)據(jù)相配，最后通過(guò)相關(guān)的軟件進(jìn)行處理，獲取對(duì)象的表面三維坐標(biāo)，實(shí)行各種量算以及立體模型的建設(shè)。

機(jī)載系統(tǒng)中的激光掃描系統(tǒng)和 DGPS 系統(tǒng)以及INS導(dǎo)系統(tǒng)等結(jié)合在一起，激光掃描系統(tǒng)獲取地面相關(guān)的三維信息，CGPS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)性的定位，INS 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)姿態(tài)參數(shù)的測(cè)量。而 CCD 相機(jī)是對(duì)地面的影像進(jìn)行獲取，在地面測(cè)量的系統(tǒng)中，把激光掃描測(cè)量系統(tǒng)放在固定的平臺(tái)中，進(jìn)而讓外方位元素中，Y0 以及 Z0 都設(shè)置成固定的數(shù)值。能夠在系統(tǒng)安裝的時(shí)候在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)置和控制，對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化。在具體的堆體體積測(cè)量中，其激光掃描測(cè)量所收集的數(shù)據(jù)密度比較大，在實(shí)行堆體體積的計(jì)算時(shí)要對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以此方式消除掉冗余數(shù)據(jù)，以便對(duì)堆體進(jìn)行計(jì)算。在激光掃描的數(shù)據(jù)中還存在著一些粗略的差異性，所以在計(jì)算前必須要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，這樣才方便計(jì)算。數(shù)據(jù)濾波的計(jì)算方式是在系統(tǒng)進(jìn)行初始數(shù)據(jù)采集中，數(shù)據(jù)的收集是一個(gè)一個(gè)斷面的方式實(shí)行的，所以初始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波也要依據(jù)每個(gè)斷面實(shí)行。

3 激光雷達(dá)的主要應(yīng)用研究

激光雷達(dá)相對(duì)來(lái)說(shuō)具備了很多不可替代的優(yōu)勢(shì)，在很多的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中比如農(nóng)林業(yè)、水力電力勘察、道路設(shè)計(jì)以及城市規(guī)劃等各種領(lǐng)域中已經(jīng)被普遍的使用。

3.1 激光雷達(dá)在軍事領(lǐng)域的運(yùn)用

在軍事成像的偵察中，主動(dòng)式的激光雷達(dá)有著很優(yōu)越的功能，其不但能夠獲得對(duì)象和周邊地區(qū)的清晰圖象，同時(shí)還可以獲得運(yùn)動(dòng)物體的速度以及動(dòng)向。有些波段的激光雷達(dá)目前還可以對(duì)隱秘的目標(biāo)進(jìn)行偵察。在軍事領(lǐng)域中，激光雷達(dá)主要有以下幾點(diǎn)具體的運(yùn)用：首先，其能夠使用在巡航導(dǎo)彈的研究和導(dǎo)航中。有些國(guó)際上的大公司為巡航道道生產(chǎn)了激光雷達(dá)以及地形配比系統(tǒng)，這也體現(xiàn)除了激光雷達(dá)可以對(duì)現(xiàn)在和將來(lái)的巡航導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)功能進(jìn)行有效的改變，進(jìn)而提升了巡航導(dǎo)彈的生存性。此外，在測(cè)距的方面也有涉及。其提供各種目標(biāo)的特點(diǎn)以及相關(guān)的信息，進(jìn)而對(duì)各種車(chē)輛以及人員進(jìn)行區(qū)分，并且能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)行成像處理，分辨率也很高。其可以為機(jī)載武器發(fā)射系統(tǒng)作距離數(shù)值參考，并且進(jìn)行瞄準(zhǔn)。

3.2 激光雷達(dá)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用

激光雷達(dá)在大氣污染物的分布上也可以進(jìn)行檢測(cè)，在低空中存留的大量氣溶膠是形成大氣污染的主要原因，其測(cè)量的原理是讓激光雷達(dá)發(fā)射兩種不同波長(zhǎng)的光。其中一種波長(zhǎng)將其調(diào)至和待測(cè)物體收納的波段里，而另一個(gè)波長(zhǎng)就調(diào)至吸收系數(shù)小的邊翼，然后用高重復(fù)的頻率把這兩種波長(zhǎng)進(jìn)行交替發(fā)射到大氣，分析這兩種波長(zhǎng)的回波信號(hào)就可以獲取測(cè)量對(duì)象的濃度分布。在氣象方面也能夠進(jìn)行主要因素的觀察，在大氣中對(duì)風(fēng)速、氣溫以及濕度等相關(guān)的氣象因素進(jìn)行測(cè)量，這些能夠?yàn)闅庀箢A(yù)測(cè)提供有力的數(shù)據(jù)支持。

3.3 激光雷達(dá)在測(cè)繪中的運(yùn)用

激光雷達(dá)系統(tǒng)可以和定位技術(shù)相結(jié)合，然后后對(duì)地表的三維信息進(jìn)行高精度的獲取，以此方式在城市道路、堤壩以及隧道等方面進(jìn)行隨時(shí)的監(jiān)控以及模型化。這是建設(shè)三維城市的主要技術(shù)，相對(duì)于小的系統(tǒng)能夠?qū)θ梭w和各種模具進(jìn)行三維性的監(jiān)測(cè)，并且還能夠用在工程的施工以及物體容積的測(cè)定以及交通智能化管理等等。在國(guó)際上的很多公司以及研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)激光雷達(dá)的有關(guān)技術(shù)投入了很多的資金和人力進(jìn)行研究。很多商業(yè)化的公司也陸續(xù)的推出了機(jī)載測(cè)量系統(tǒng)與地表測(cè)量系統(tǒng)。機(jī)載測(cè)量系統(tǒng)是用在對(duì)大面積的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的獲得，而地面的激光掃描系統(tǒng)則是在空間目標(biāo)三維重建中有著很大的作用，其主要是在城市三維重建以及局部信息的獲取方面。

4 結(jié)束語(yǔ)

激光雷達(dá)的技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的需求中變得愈加成熟，其主要的加護(hù)也被提到新的高度，使其更加的精準(zhǔn)。在機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展中，有些激光雷達(dá)將會(huì)具備體積小、質(zhì)量輕以及激光波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，這也是今后發(fā)展的主要趨向。在此項(xiàng)技術(shù)中還需要有更多的研究者進(jìn)行深入的分析，了解其工作的原理，才能夠把技術(shù)發(fā)展得更加成熟和實(shí)用。