激光雷達的測量技術(shù)及應(yīng)用研究

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

1 雷達測量系統(tǒng)的組成

激光雷達測量系統(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)處理模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，其主要的功能是對數(shù)據(jù)進行預(yù)先的處理和計算，對檢測到的三維信息進行體積的計算和比較等。數(shù)據(jù)的采集是前期的工作，其主要是對激光測量的數(shù)據(jù)進行及時的獲得，其包含了計算機和激光掃描之間的相互溝通、計算機和傳感器之間以及初始數(shù)據(jù)的存儲等方面。而三維現(xiàn)實模塊能夠為相關(guān)的用戶提供一個可視化的場景，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，其主要是用報表的形式為用戶呈現(xiàn)各種數(shù)據(jù)資料，其中包含了測量物體的體積、變化量以及報表的輸出和生成等。

2 激光掃描測量的關(guān)鍵技術(shù)

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

機載系統(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)動態(tài)性的定位，INS 系統(tǒng)是實現(xiàn)姿態(tài)參數(shù)的測量。而 CCD 相機是對地面的影像進行獲取，在地面測量的系統(tǒng)中，把激光掃描測量系統(tǒng)放在固定的平臺中，進而讓外方位元素中，Y0 以及 Z0 都設(shè)置成固定的數(shù)值。能夠在系統(tǒng)安裝的時候在實驗室或者現(xiàn)場進行設(shè)置和控制，對計算過程進行簡化。在具體的堆體體積測量中，其激光掃描測量所收集的數(shù)據(jù)密度比較大，在實行堆體體積的計算時要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行濾波，以此方式消除掉冗余數(shù)據(jù)，以便對堆體進行計算。在激光掃描的數(shù)據(jù)中還存在著一些粗略的差異性，所以在計算前必須要對數(shù)據(jù)進行濾波，這樣才方便計算。數(shù)據(jù)濾波的計算方式是在系統(tǒng)進行初始數(shù)據(jù)采集中，數(shù)據(jù)的收集是一個一個斷面的方式實行的，所以初始數(shù)據(jù)進行濾波也要依據(jù)每個斷面實行。

3 激光雷達的主要應(yīng)用研究

激光雷達相對來說具備了很多不可替代的優(yōu)勢，在很多的基礎(chǔ)經(jīng)濟建設(shè)中比如農(nóng)林業(yè)、水力電力勘察、道路設(shè)計以及城市規(guī)劃等各種領(lǐng)域中已經(jīng)被普遍的使用。

3.1 激光雷達在軍事領(lǐng)域的運用

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

3.2 激光雷達在大氣環(huán)境監(jiān)測中的運用

激光雷達在大氣污染物的分布上也可以進行檢測，在低空中存留的大量氣溶膠是形成大氣污染的主要原因，其測量的原理是讓激光雷達發(fā)射兩種不同波長的光。其中一種波長將其調(diào)至和待測物體收納的波段里，而另一個波長就調(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進行交替發(fā)射到大氣，分析這兩種波長的回波信號就可以獲取測量對象的濃度分布。在氣象方面也能夠進行主要因素的觀察，在大氣中對風(fēng)速、氣溫以及濕度等相關(guān)的氣象因素進行測量，這些能夠為氣象預(yù)測提供有力的數(shù)據(jù)支持。

3.3 激光雷達在測繪中的運用

激光雷達系統(tǒng)可以和定位技術(shù)相結(jié)合，然后后對地表的三維信息進行高精度的獲取，以此方式在城市道路、堤壩以及隧道等方面進行隨時的監(jiān)控以及模型化。這是建設(shè)三維城市的主要技術(shù)，相對于小的系統(tǒng)能夠?qū)θ梭w和各種模具進行三維性的監(jiān)測，并且還能夠用在工程的施工以及物體容積的測定以及交通智能化管理等等。在國際上的很多公司以及研究機構(gòu)已經(jīng)對激光雷達的有關(guān)技術(shù)投入了很多的資金和人力進行研究。很多商業(yè)化的公司也陸續(xù)的推出了機載測量系統(tǒng)與地表測量系統(tǒng)。機載測量系統(tǒng)是用在對大面積的三維地形數(shù)據(jù)進行快速的獲得，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

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