激光雷達測量技術(shù)及其應用分析

最初出現的是把測距作為主要的功能，其具備著(zhù)高角、高分辨以及高距離的分辨率和抗干擾性強以及全時(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)機載系統在結合定位，能夠對地表進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)獲取。這種搭載式的系統能夠穿過(guò)部分的樹(shù)木遮擋，對地表進(jìn)行直接性的三維信息獲取。

1 雷達測量系統的組成

激光雷達測量系統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、微機和數據傳輸裝置等。其軟件的部分就包含了數據的采集、通訊處理以及三維重建和可視化等方面，這些都是結果性的輸出形式。在這其中還有根據其主要的運用領(lǐng)域而擁有不同的軟件模塊，其中主要的有工程管理、數據采集、三維顯示模塊等等。數據處理模塊是整個(gè)系統的核心部分，其主要的功能是對數據進(jìn)行預先的處理和計算，對檢測到的三維信息進(jìn)行體積的計算和比較等。數據的采集是前期的工作，其主要是對激光測量的數據進(jìn)行及時(shí)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據的存儲等方面。而三維現實(shí)模塊能夠為相關(guān)的用戶(hù)提供一個(gè)可視化的場(chǎng)景，其中包含了數據的輸入以及模型的建設等方面。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(hù)呈現各種數據資料，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合對對象進(jìn)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(guò)激光發(fā)射器、接收器以及時(shí)間計數器等構成。通過(guò)發(fā)射器，以此驅使一進(jìn)行激光脈沖的發(fā)射。接著(zhù)通過(guò)接收透鏡對目標的表面進(jìn)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，使用穩定的石英時(shí)鐘對發(fā)射和接收之間的時(shí)間差異進(jìn)行計算。通過(guò)微機對測量的相關(guān)資料進(jìn)行處理，進(jìn)行顯示或者儲存等，然后和距離傳感器的數據相配，最后通過(guò)相關(guān)的軟件進(jìn)行處理，獲取對象的表面三維坐標，實(shí)行各種量算以及立體模型的建設。

機載系統中的激光掃描系統和 DGPS 系統以及INS導系統等結合在一起，激光掃描系統獲取地面相關(guān)的三維信息，CGPS 系統能夠實(shí)現動(dòng)態(tài)性的定位，INS 系統是實(shí)現姿態(tài)參數的測量。而 CCD 相機是對地面的影像進(jìn)行獲取，在地面測量的系統中，把激光掃描測量系統放在固定的平臺中，進(jìn)而讓外方位元素中，Y0 以及 Z0 都設置成固定的數值。能夠在系統安裝的時(shí)候在實(shí)驗室或者現場(chǎng)進(jìn)行設置和控制，對計算過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化。在具體的堆體體積測量中，其激光掃描測量所收集的數據密度比較大，在實(shí)行堆體體積的計算時(shí)要對相關(guān)的數據進(jìn)行濾波，以此方式消除掉冗余數據，以便對堆體進(jìn)行計算。在激光掃描的數據中還存在著(zhù)一些粗略的差異性，所以在計算前必須要對數據進(jìn)行濾波，這樣才方便計算。數據濾波的計算方式是在系統進(jìn)行初始數據采集中，數據的收集是一個(gè)一個(gè)斷面的方式實(shí)行的，所以初始數據進(jìn)行濾波也要依據每個(gè)斷面實(shí)行。

3 激光雷達的主要應用研究

激光雷達相對來(lái)說(shuō)具備了很多不可替代的優(yōu)勢，在很多的基礎經(jīng)濟建設中比如農林業(yè)、水力電力勘察、道路設計以及城市規劃等各種領(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(dòng)式的激光雷達有著(zhù)很優(yōu)越的功能，其不但能夠獲得對象和周邊地區的清晰圖象，同時(shí)還可以獲得運動(dòng)物體的速度以及動(dòng)向。有些波段的激光雷達目前還可以對隱秘的目標進(jìn)行偵察。在軍事領(lǐng)域中，激光雷達主要有以下幾點(diǎn)具體的運用：首先，其能夠使用在巡航導彈的研究和導航中。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，這也體現除了激光雷達可以對現在和將來(lái)的巡航導彈的瞄準功能進(jìn)行有效的改變，進(jìn)而提升了巡航導彈的生存性。此外，在測距的方面也有涉及。其提供各種目標的特點(diǎn)以及相關(guān)的信息，進(jìn)而對各種車(chē)輛以及人員進(jìn)行區分，并且能夠對目標實(shí)行成像處理，分辨率也很高。其可以為機載武器發(fā)射系統作距離數值參考，并且進(jìn)行瞄準。

3.2 激光雷達在大氣環(huán)境監測中的運用

激光雷達在大氣污染物的分布上也可以進(jìn)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(cháng)的光。其中一種波長(cháng)將其調至和待測物體收納的波段里，而另一個(gè)波長(cháng)就調至吸收系數小的邊翼，然后用高重復的頻率把這兩種波長(cháng)進(jìn)行交替發(fā)射到大氣，分析這兩種波長(cháng)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(jìn)行主要因素的觀(guān)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(jìn)行測量，這些能夠為氣象預測提供有力的數據支持。

3.3 激光雷達在測繪中的運用

激光雷達系統可以和定位技術(shù)相結合，然后后對地表的三維信息進(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)的監控以及模型化。這是建設三維城市的主要技術(shù)，相對于小的系統能夠對人體和各種模具進(jìn)行三維性的監測，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(jìn)行研究。很多商業(yè)化的公司也陸續的推出了機載測量系統與地表測量系統。機載測量系統是用在對大面積的三維地形數據進(jìn)行快速的獲得，而地面的激光掃描系統則是在空間目標三維重建中有著(zhù)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 結束語(yǔ)

激光雷達的技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的需求中變得愈加成熟，其主要的加護也被提到新的高度，使其更加的精準。在機載激光雷達技術(shù)的發(fā)展中，有些激光雷達將會(huì )具備體積小、質(zhì)量輕以及激光波長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，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(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。