LIDAR的技術(shù)原理以及在測繪中的應用

　　一．前言

　　LIDAR技術(shù)是現(xiàn)代雷達技術(shù)的英文名稱，該項技術(shù)是伴隨著社會對空間三維坐標的精確定位而發(fā)展起來的。由于該項技術(shù)是對激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)這三種技術(shù)的一種全新的融合和創(chuàng)新，因此該項技術(shù)的很多原理和應用對于很多人來說還是比較陌生的。該項技術(shù)可以通過對空間的實時攝影，然后通過計算機將這些圖片和實體制作成三維數(shù)據(jù)，從而再現(xiàn)客觀事物的真是形態(tài)，這是目前人類對空間信息獲取方式的最新體現(xiàn)。LIDAR技術(shù)根據(jù)其使用的載體的不同，可以將其分為激光掃描技術(shù)和機載激光雷達掃描技術(shù)。這兩種技術(shù)分類有其固有的好處和特點。該項技術(shù)是新的空間信息方面的技術(shù)，因此我們需要對其工作原理及其應用作出具體的分析。本文主要是從該項技術(shù)的原理和應用兩方面來做探討的。

　　二．LIDAR技術(shù)的工作原理分析

　　激光技術(shù)同普通的光波技術(shù)相比，具有很強的優(yōu)越性，因為激光技術(shù)不容易受到大氣環(huán)境、太陽光線、紫外線的影響，這就為人們提高的數(shù)據(jù)信息的收集能力。激光技術(shù)的工作原理是當激光照射到某一物體上時，只要該物體不存在方向反射的問題，那么激光就可以將一定的光波給反射回去，從而這些光波信號就會被主系統(tǒng)所接收，這樣相關(guān)儀器就可以計算出激光到相關(guān)物體的距離，因為已知接收時間。

　　在最新的LIDAR技術(shù)中，只要LIDAR接收到來自激光反射的光波信號后，就可以準確的計算出每一個激光點的數(shù)據(jù)坐標信息，當大量的激光點聚集在一起的時候，就會組成一個巨大的團，這就成為了點云圖像，這些就是激光的工作原理。

　　激光反射的頻率十分的高，它可以每秒鐘反射幾萬個脈沖，而激光接收器就可以在一分鐘內(nèi)記錄數(shù)十萬計個光點。這個計量是十分可觀的，當然，由于激光點不會始終打在一個點上，例如它有可能在第一次打在樹冠上，第二次就有可能打在樹葉上，那么這樣就形成一個三維的激光點，即可以形成X,Y,Z這樣的三維坐標，利用這個特點，我們就可以獲得地面的高程，周圍情況等很多信息，這正是LIDAR技術(shù)的特點和工作要求。

　　我們通過利用LIDAR技術(shù)的，同時將多個這樣的載體進行系統(tǒng)的作業(yè)，就可以將定位坐標的精度精確到0. 15至1 m，對高度就可以精確到10 cm至30 cm，對地面的分辨率更是能夠達到厘米的程度，通過這些精確的信息數(shù)據(jù)，我們就可以清晰的掌握某一地區(qū)的地理位置和地理特點，提供更加精確的三維信息。

　　三．LIDAR技術(shù)在測繪中的相關(guān)應用分析

　　1．LIDAR技術(shù)可以在測繪中高效快捷的獲取數(shù)字高程模型

　　LIDAR技術(shù)的的最主要的特點就是可以在測繪中獲取高精度、高精確的激光數(shù)據(jù)，由于這些數(shù)據(jù)反射成一個三維的數(shù)據(jù)坐標，因此，通過人工的處理和分析，就可以講相關(guān)的信息植入到一個不貴側(cè)的三角網(wǎng)里，這些信息包括某一地區(qū)的植被、房屋、河流等基本的地理信息，通過這個三角網(wǎng)，我們就可以迅速的獲取DEM。由于LIDAR技術(shù)的激光點密度很高，所以就可以利用這個高密度的特點，生產(chǎn)出一些高進度、具有較高分辨率的DEM出來，這是測繪的基礎(chǔ)應用。

　　2．LIDAR技術(shù)在基礎(chǔ)測繪中的應用

　　高程模型是基礎(chǔ)測繪的一個方面，同時基礎(chǔ)測繪還包括其他幾個方面，分別是正射影像、數(shù)字線劃地圖和數(shù)字柵格地圖，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)，離不開高進度的三維信息的支持。

　　3．LIDAR應用于測繪中的精密工程測量工作

　　測繪中的許多精密的測量工作，對于三維信息的精確性都提出了很高的要求，甚至有的精密測量還需要建立相關(guān)的模型。例如礦山和隧道測量、水文測量、沉降測量等很多的精密測量，這些測量都需要高精度的三維數(shù)據(jù)信息。LIDAR技術(shù)就可以幫助他們提供高精度的三維坐標信息，它通過提供一些高分辨率的三維圖片，使得測繪工作中的精密測量變得十分容易。

　　例如:LIDAR技術(shù)為公路、鐵路的設(shè)計提供了許多高精度的三維表表信息，從而版主公路、鐵路的設(shè)計建立DEM模型，方便了公路、鐵路的施工土方量的精確計算。

　　4．數(shù)字城市建設(shè)

　　數(shù)字城市是21世紀以來，很多地方正在力爭構(gòu)建的信息化目標。空間信息作為數(shù)字城市的基礎(chǔ)框架和平臺，是構(gòu)建數(shù)字城市的重要研究課題。LIDAR系統(tǒng)可以獲取高分辨率、高精度的數(shù)字地面模型和數(shù)字正射影像，提供了構(gòu)建數(shù)字城市最寶貴的空間信息資源，因此是數(shù)字城市建設(shè)的重要技術(shù)力量。

　　數(shù)字城市還需要構(gòu)建高精度、真三維、可量測，具有真實感的城市三維模型作為管理城市的虛擬平臺。但是采用傳統(tǒng)技術(shù)，進行城市三維建模是精雕細琢的工藝，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影響了數(shù)字城市服務面的寬度和深度。利用LIDAR技術(shù)對地面建筑物進行空中激光掃描或地面多角度激光掃描，可以快速獲取目標高密度高精度的三維點坐標，在軟件支持下對點云數(shù)據(jù)進行模型構(gòu)建和紋理映射，很方面地構(gòu)建大面積的城市三維模型。并可以實施快速動態(tài)更新，為數(shù)字城市建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源的持續(xù)性、歷史性提供了確實的保障。

　　5.水下地形測量

　　有些LIDAR系統(tǒng)，采用了兩種不同波長的激光束還可以對水底進行測量。比如，SHOALS系統(tǒng)在采用紅光(或紅外光)測量水面的同時，用藍綠光穿透水面測量水底，通過這兩個光束的接收時間差計算水的深度，因此可以進行大面積的水下地形測量。通常情況下，海道測量LIDAR所能測量的海水深度為50 m，此一深度隨水質(zhì)清晰度的不同而變化，為航道、近海海洋、水文等行業(yè)的人士所推崇。

　　四．結(jié)束語

　　LIDAR技術(shù)是現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展前沿，該項技術(shù)在現(xiàn)代測繪實踐中的作用已經(jīng)表象的越來越明顯。該項技術(shù)的發(fā)展，是對激光、全球定位系統(tǒng)和慣性導航系統(tǒng)的一種發(fā)展，這項技術(shù)的工作原理和前面三項技術(shù)有很大的不同，但是基本的理論思路是一樣的，該項技術(shù)不僅僅是在測繪方面有廣泛的價值，同時在人們生活的方方面面都尤其獨到的作用。該項技術(shù)的發(fā)展是人類技術(shù)的進步，同時這也更加促進未來人類LIDAR技術(shù)能夠取得更大的進步。

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