激光雷達(LiDAR)應用地形測繪涉及的關鍵技術

發(fā)布日期：2019-09-05 00:00 瀏覽量：13412

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

同時，激光技術也在其他許多領域得到了應用。在測量地形時，激光雷達激光測距原理可利用紅光和紫外線來探測地形。激光雷達技術的不斷進步與更新，已廣泛應用于測繪領域，為測繪工作做出了巨大的貢獻。

一、激光雷達地形測繪遙感技術的特點

從總體上看，激光雷達地形測繪遙感技術的特點主要包括以下幾個方面：

1.綜合性特點

在測繪領域，激光雷達遙感技術具有很強的綜合性，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)反映了地球上萬物的分布，它能真實地反映山、地、水文表面的特征，并且相對于航空影像獲取來講，激光雷達遙感對天氣條件要求更低，效率更高。

2.廣泛性特點

激光雷達技術的另一個特點是它的應用比較廣泛。它可以在很短的時間內(nèi)從空中或其他領域獲得一些非常有價值的數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)可以用來擴展視覺空間。這也使我們更容易及時掌握事物現(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無法取代它的原因。

3.動態(tài)性特點

激光雷達遙感技術可以反復觀察一個地方，這可以幫助我們觀察到地球上常規(guī)手段無法看到的許多東西。此外，激光雷達遙感技術的另一個應用優(yōu)勢是遙感，它能夠探測到是否發(fā)生自然災害，也可以探測是否存在軍事目標。

激光雷達應用地形測繪涉及的關鍵技術

1.復合掃描控制關鍵技術

在激光雷達遙感技術中，雷達是用來激光成像的，其中有個掃描器可以將激光偏轉(zhuǎn)到相應的區(qū)域，從而實現(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，就會導致圖像失真。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間上對齊。

2.激光發(fā)射關鍵技術

雷達對其負載的平臺在大小和功率方面都有嚴格的要求。當然，對平臺以外的操作環(huán)境也有需求。如果它是機載的，那么震動自然會非常大。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。

它需要具備以下幾個特點：一是它可以有效地完成任務；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，又具有半導體激光器的優(yōu)點：體積小，重量輕，可以高頻輸出，而且技術成熟。

3.高速信號處理關鍵技術

激光雷達遙感技術在地形測繪中的應用主要是為了形成相對準確、清晰的圖像。要達到這個目的并不容易，需要多次改裝。激光雷達測量值的每一點之間的距離是斜的，必須通過從一維轉(zhuǎn)換為三維的這個過程，將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高程，并且通過坐標的變換，不規(guī)則圖像的校正及誤差的校正來獲得最終符合要求的測繪成果。

激光雷達技術在測繪工作中的應用

1、基礎測繪

激光雷達技術具備三維信息獲取方面的優(yōu)勢，獲取的數(shù)據(jù)具有密度高、質(zhì)量好的特點，可以準確地反映地形地貌的三維信息，有利于提高基礎測繪數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)字攝影測量數(shù)據(jù)的采集是復雜的過程，因此測量工作的技術設計非常嚴格，技術人員要具備較高水平的專業(yè)知識技能。所以該技術可以優(yōu)化測量手段和技術資源的使用和配置，提高數(shù)據(jù)收集的效率。

2、大型工程測繪

激光雷達數(shù)據(jù)信息的收集在工程的測量上起了重要作用，特別是現(xiàn)代建筑工程。收集相關資料信息，可構(gòu)筑相應的模式。激光雷達技術通過快速地獲取空間的三維坐標后，使用信息技術進行實時變化記錄，可以很準確的獲得測量數(shù)據(jù)信息。利用該技術可以在建筑基礎上構(gòu)建大型空間實體，或是構(gòu)建空間的三維數(shù)據(jù)模型，再現(xiàn)客觀事物的實際形態(tài)。

3、構(gòu)建數(shù)字礦山

現(xiàn)代社會不斷發(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)濟的節(jié)約型兩項特點，以確保礦山的良性發(fā)展。近年來，我國礦業(yè)發(fā)展處于瓶頸期，隨著資源的大量消耗，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞。若要解決此類問題，就必須加強對數(shù)字礦山發(fā)展的重視。數(shù)字礦山可以利用其技術特點實現(xiàn)對塌陷區(qū)生態(tài)環(huán)境的實時監(jiān)測，為其進行經(jīng)濟評價提供基礎數(shù)據(jù)，并且可以調(diào)查沉陷建筑物的損害程度，對自然災害和地質(zhì)等方面的信息進行探測。

4、傳感設備應用

激光雷達技術能夠提高對地形地貌的測量效果，它可以用來檢查植物和農(nóng)作物的生長情況，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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