一.前言
LIDAR技術(shù)是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的英文名稱,該項(xiàng)技術(shù)是伴隨著社會(huì)對(duì)空間三維坐標(biāo)的精確定位而發(fā)展起來的。由于該項(xiàng)技術(shù)是對(duì)激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)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(xiàng)技術(shù)的很多原理和應(yīng)用對(duì)于很多人來說還是比較陌生的。該項(xiàng)技術(shù)可以通過對(duì)空間的實(shí)時(shí)攝影,然后通過計(jì)算機(jī)將這些圖片和實(shí)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(duì)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(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)。這兩種技術(shù)分類有其固有的好處和特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)是新的空間信息方面的技術(shù),因此我們需要對(duì)其工作原理及其應(yīng)用作出具體的分析。本文主要是從該項(xiàng)技術(shù)的原理和應(yīng)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(qiáng)的優(yōu)越性,因?yàn)榧す饧夹g(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(dāng)激光照射到某一物體上時(shí),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(hào)就會(huì)被主系統(tǒng)所接收,這樣相關(guān)儀器就可以計(jì)算出激光到相關(guān)物體的距離,因?yàn)橐阎邮諘r(shí)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(hào)后,就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出每一個(gè)激光點(diǎn)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)信息,當(dāng)大量的激光點(diǎn)聚集在一起的時(shí)候,就會(huì)組成一個(gè)巨大的團(tuán),這就成為了點(diǎn)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(gè)脈沖,而激光接收器就可以在一分鐘內(nèi)記錄數(shù)十萬計(jì)個(gè)光點(diǎn)。這個(gè)計(jì)量是十分可觀的,當(dāng)然,由于激光點(diǎn)不會(huì)始終打在一個(gè)點(diǎn)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(gè)三維的激光點(diǎn),即可以形成X,Y,Z這樣的三維坐標(biāo),利用這個(gè)特點(diǎn),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(diǎn)和工作要求。
我們通過利用LIDAR技術(shù)的,同時(shí)將多個(gè)這樣的載體進(jìn)行系統(tǒng)的作業(yè),就可以將定位坐標(biāo)的精度精確到0. 15至1 m,對(duì)高度就可以精確到10 cm至30 cm,對(duì)地面的分辨率更是能夠達(dá)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(diǎn),提供更加精確的三維信息。
三.LIDAR技術(shù)在測(cè)繪中的相關(guān)應(yīng)用分析
1.LIDAR技術(shù)可以在測(cè)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(diǎn)就是可以在測(cè)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(gè)三維的數(shù)據(jù)坐標(biāo),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(gè)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(gè)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(diǎn)密度很高,所以就可以利用這個(gè)高密度的特點(diǎn),生產(chǎn)出一些高進(jìn)度、具有較高分辨率的DEM出來,這是測(cè)繪的基礎(chǔ)應(yīng)用。
2.LIDAR技術(shù)在基礎(chǔ)測(cè)繪中的應(yīng)用
高程模型是基礎(chǔ)測(cè)繪的一個(gè)方面,同時(shí)基礎(chǔ)測(cè)繪還包括其他幾個(gè)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(jìn)度的三維信息的支持。
3.LIDAR應(yīng)用于測(cè)繪中的精密工程測(cè)量工作
測(cè)繪中的許多精密的測(cè)量工作,對(duì)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(cè)量還需要建立相關(guān)的模型。例如礦山和隧道測(cè)量、水文測(cè)量、沉降測(cè)量等很多的精密測(cè)量,這些測(cè)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(biāo)信息,它通過提供一些高分辨率的三維圖片,使得測(cè)繪工作中的精密測(cè)量變得十分容易。
例如:LIDAR技術(shù)為公路、鐵路的設(shè)計(jì)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(jì)建立DEM模型,方便了公路、鐵路的施工土方量的精確計(jì)算。
4.?dāng)?shù)字城市建設(shè)
數(shù)字城市是21世紀(jì)以來,很多地方正在力爭(zhēng)構(gòu)建的信息化目標(biāo)。空間信息作為數(shù)字城市的基礎(chǔ)框架和平臺(tái),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(cè),具有真實(shí)感的城市三維模型作為管理城市的虛擬平臺(tái)。但是采用傳統(tǒng)技術(shù),進(jìn)行城市三維建模是精雕細(xì)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(wù)面的寬度和深度。利用LIDAR技術(shù)對(duì)地面建筑物進(jìn)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(biāo)高密度高精度的三維點(diǎn)坐標(biāo),在軟件支持下對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)施快速動(dòng)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(shí)的保障。
5.水下地形測(cè)量
有些LIDAR系統(tǒng),采用了兩種不同波長(zhǎng)的激光束還可以對(duì)水底進(jìn)行測(cè)量。比如,SHOALS系統(tǒng)在采用紅光(或紅外光)測(cè)量水面的同時(shí),用藍(lán)綠光穿透水面測(cè)量水底,通過這兩個(gè)光束的接收時(shí)間差計(jì)算水的深度,因此可以進(jìn)行大面積的水下地形測(cè)量。通常情況下,海道測(cè)量LIDAR所能測(cè)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(cè)繪技術(shù)的發(fā)展前沿,該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)繪實(shí)踐中的作用已經(jīng)表象的越來越明顯。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,是對(duì)激光、全球定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一種發(fā)展,這項(xiàng)技術(shù)的工作原理和前面三項(xiàng)技術(shù)有很大的不同,但是基本的理論思路是一樣的,該項(xiàng)技術(shù)不僅僅是在測(cè)繪方面有廣泛的價(jià)值,同時(shí)在人們生活的方方面面都尤其獨(dú)到的作用。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展是人類技術(shù)的進(jìn)步,同時(shí)這也更加促進(jìn)未來人類LIDAR技術(shù)能夠取得更大的進(jìn)步。
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