激光雷達測量技術及其應用

摘 要在科學技術發達的時代中，社會有了很大的進步。激光雷達測量的技術在很多的領域中都有被運用。本文就激光雷達技術的測量技術做了簡要的敘述，進而分析其技術特點，引出其具體的應用。

【關鍵詞】激光雷達 測量 應用領域

最初出現的激光雷達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點，使其在很多的領域中都被普遍地使用。通過機載系統在結合定位，能夠對地表進行高精度的實時獲取。這種搭載式的系統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 激光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系統的核心部分，其主要的功能是對數據進行預先的處理和計算，對檢測到的三維信息進行體積的計算和比較等。數據的采集是前期的工作，其主要是對激光測量的數據進行及時的獲得，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據的存儲等方面。而三維現實模塊能夠為相關的用戶提供一個可視化的場景，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 激光掃描測量的關鍵技術

激光掃描器與距離傳感器相結合對對象進行表面形態的測量，這就是激光掃描測量。其通常是經過激光發射器、接收器以及時間計數器等構成。通過激光脈沖發射器，以此驅使一激光二極管進行激光脈沖的發射。接著通過接收透鏡對目標的表面進行接收工作，然后再發出相關的信號，形成一種接收性質的信號，使用穩定的石英時鐘對發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據相配，最后通過相關的軟件進行處理，獲取對象的表面三維坐標，實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的三維信息，CGPS系統能夠實現動態性的定位，INS系統是實現姿態參數的測量。而CCD相機是對地面的影像進行獲取，在地面測量的系統中，把激光掃描測量系統放在固定的平臺中，進而讓外方位元素中，Y0以及Z0都設置成固定的數值。能夠在系統安裝的時候在實驗室或者現場進行設置和控制，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據密度比較大，在實行堆體體積的計算時要對相關的數據進行濾波，以此方式消除掉冗余數據，以便對堆體進行計算。在激光掃描的數據中還存在著一些粗略的差異性，所以在計算前必須要對數據進行濾波，這樣才方便計算。數據濾波的計算方式是在系統進行初始數據采集中，數據的收集是一個一個斷面的方式實行的，所以初始數據進行濾波也要依據每個斷面實行。

3 激光雷達的主要應用研究

激光雷達相對來說具備了很多不可替代的優勢，在很多的基礎經濟建設中比如農林業、水力電力勘察、道路設計以及城市規劃等各種領域中已經被普遍的使用。

3.1 激光雷達在軍事領域的運用

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進行偵察。在軍事領域中，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彈的研究和導航中。有些國際上的大公司為巡航道道生產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的巡航導彈的瞄準功能進行有效的改變，進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以及相關的信息，進而對各種車輛以及人員進行區分，并且能夠對目標實行成像處理，分辨率也很高。其可以為機載武器發射系統作距離數值參考，并且進行瞄準。

3.2 激光雷達在大氣環境監測中的運用

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射兩種不同波長的光。其中一種波長將其調至和待測物體收納的波段里，而另一個波長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進行交替發射到大氣，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，在大氣中對風速、氣溫以及濕度等相關的氣象因素進行測量，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相結合，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控以及模型化。這是建設三維城市的主要技術，相對于小的系統能夠對人體和各種模具進行三維性的監測，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對激光雷達的有關技術投入了很多的資金和人力進行研究。很多商業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

激光雷達的技術在各個行業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的發展中，有些激光雷達將會具備體積小、質量輕以及激光波長等優點，這也是今后發展的主要趨向。在此項技術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，才能夠把技術發展得更加成熟和實用。

參考文獻

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作者簡介

陳浩（1988-），男，陜西省西安市人。碩士研究生學歷。研究方向為控制工程。

作者單位

中國電子科技集團公司第二十研究所 陜西省西安市 710068