激光雷達(dá)(LiDAR)應(yīng)用地形測(cè)繪涉及的關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)布日期：2019-09-05 00:00 瀏覽量：13878

激光雷達(dá)LiDAR(Light Detection And Ranging)技術(shù)是近20年來(lái)迅速發(fā)展的主動(dòng)遙感技術(shù)。與被動(dòng)光學(xué)遙感工作機(jī)制不同，LiDAR能夠有效探測(cè)森林植被的空間結(jié)構(gòu)和地形，在森林參數(shù)的定量測(cè)量和反演上取得了成功的應(yīng)用，特別是對(duì)森林垂直結(jié)構(gòu)的探測(cè)能力，具有傳統(tǒng)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)難以比擬的優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，激光技術(shù)也在其他許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在測(cè)量地形時(shí)，激光雷達(dá)激光測(cè)距原理可利用紅光和紫外線來(lái)探測(cè)地形。激光雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步與更新，已廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域，為測(cè)繪工作做出了巨大的貢獻(xiàn)。

一、激光雷達(dá)地形測(cè)繪遙感技術(shù)的特點(diǎn)

從總體上看，激光雷達(dá)地形測(cè)繪遙感技術(shù)的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1.綜合性特點(diǎn)

在測(cè)繪領(lǐng)域，激光雷達(dá)遙感技術(shù)具有很強(qiáng)的綜合性，可以獲取大量的數(shù)據(jù)。從宏觀上看，遙感獲取的數(shù)據(jù)反映了地球上萬(wàn)物的分布，它能真實(shí)地反映山、地、水文表面的特征，并且相對(duì)于航空影像獲取來(lái)講，激光雷達(dá)遙感對(duì)天氣條件要求更低，效率更高。

2.廣泛性特點(diǎn)

激光雷達(dá)技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是它的應(yīng)用比較廣泛。它可以在很短的時(shí)間內(nèi)從空中或其他領(lǐng)域獲得一些非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)可以用來(lái)擴(kuò)展視覺(jué)空間。這也使我們更容易及時(shí)掌握事物現(xiàn)象的變化，也為我們研究一些規(guī)律提供了重要的信息，這就是為什么目前其他技術(shù)無(wú)法取代它的原因。

3.動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)

激光雷達(dá)遙感技術(shù)可以反復(fù)觀察一個(gè)地方，這可以幫助我們觀察到地球上常規(guī)手段無(wú)法看到的許多東西。此外，激光雷達(dá)遙感技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是遙感，它能夠探測(cè)到是否發(fā)生自然災(zāi)害，也可以探測(cè)是否存在軍事目標(biāo)。

激光雷達(dá)應(yīng)用地形測(cè)繪涉及的關(guān)鍵技術(shù)

1.復(fù)合掃描控制關(guān)鍵技術(shù)

在激光雷達(dá)遙感技術(shù)中，雷達(dá)是用來(lái)激光成像的，其中有個(gè)掃描器可以將激光偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)激光成像。反射的回波能夠很好地接入到系統(tǒng)中也是很重要的。如果掃描圖不是線性的，就會(huì)導(dǎo)致圖像失真。為了避免這些，必須做兩件事：一是注意掃描方面是否為線性控制；二是掃描路徑必須在時(shí)間上對(duì)齊。

2.激光發(fā)射關(guān)鍵技術(shù)

雷達(dá)對(duì)其負(fù)載的平臺(tái)在大小和功率方面都有嚴(yán)格的要求。當(dāng)然，對(duì)平臺(tái)以外的操作環(huán)境也有需求。如果它是機(jī)載的，那么震動(dòng)自然會(huì)非常大。如果要高空作業(yè)需求，繪制地形圖，就需要高空間分辨率的雷達(dá)。

它需要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是它可以有效地完成任務(wù)；二是頻率高；三是比較小而且還抗震以二極管激光器為例，它既具有固體激光器的優(yōu)點(diǎn)，又具有半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，可以高頻輸出，而且技術(shù)成熟。

3.高速信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)

激光雷達(dá)遙感技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用主要是為了形成相對(duì)準(zhǔn)確、清晰的圖像。要達(dá)到這個(gè)目的并不容易，需要多次改裝。激光雷達(dá)測(cè)量值的每一點(diǎn)之間的距離是斜的，必須通過(guò)從一維轉(zhuǎn)換為三維的這個(gè)過(guò)程，將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高程，并且通過(guò)坐標(biāo)的變換，不規(guī)則圖像的校正及誤差的校正來(lái)獲得最終符合要求的測(cè)繪成果。

激光雷達(dá)技術(shù)在測(cè)繪工作中的應(yīng)用

1、基礎(chǔ)測(cè)繪

激光雷達(dá)技術(shù)具備三維信息獲取方面的優(yōu)勢(shì)，獲取的數(shù)據(jù)具有密度高、質(zhì)量好的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地反映地形地貌的三維信息，有利于提高基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)字攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的采集是復(fù)雜的過(guò)程，因此測(cè)量工作的技術(shù)設(shè)計(jì)非常嚴(yán)格，技術(shù)人員要具備較高水平的專業(yè)知識(shí)技能。所以該技術(shù)可以優(yōu)化測(cè)量手段和技術(shù)資源的使用和配置，提高數(shù)據(jù)收集的效率。

2、大型工程測(cè)繪

激光雷達(dá)數(shù)據(jù)信息的收集在工程的測(cè)量上起了重要作用，特別是現(xiàn)代建筑工程。收集相關(guān)資料信息，可構(gòu)筑相應(yīng)的模式。激光雷達(dá)技術(shù)通過(guò)快速地獲取空間的三維坐標(biāo)后，使用信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)變化記錄，可以很準(zhǔn)確的獲得測(cè)量數(shù)據(jù)信息。利用該技術(shù)可以在建筑基礎(chǔ)上構(gòu)建大型空間實(shí)體，或是構(gòu)建空間的三維數(shù)據(jù)模型，再現(xiàn)客觀事物的實(shí)際形態(tài)。

3、構(gòu)建數(shù)字礦山

現(xiàn)代社會(huì)不斷發(fā)展，數(shù)字礦山的構(gòu)建要求環(huán)境必須具備友好型和經(jīng)濟(jì)的節(jié)約型兩項(xiàng)特點(diǎn)，以確保礦山的良性發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)礦業(yè)發(fā)展處于瓶頸期，隨著資源的大量消耗，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。若要解決此類問(wèn)題，就必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)字礦山發(fā)展的重視。數(shù)字礦山可以利用其技術(shù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且可以調(diào)查沉陷建筑物的損害程度，對(duì)自然災(zāi)害和地質(zhì)等方面的信息進(jìn)行探測(cè)。

4、傳感設(shè)備應(yīng)用

激光雷達(dá)技術(shù)能夠提高對(duì)地形地貌的測(cè)量效果，它可以用來(lái)檢查植物和農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，也可以去除植被觀察地表區(qū)域，滿足各行業(yè)不同需求的使用。

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