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激光雷达(LiDAR)应用地形测绘涉及的关键技术

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2019-09-05


激光雷达LiDAR(Light Detection And Ranging)技术是近20年来迅速发展的主动遥感技术。与被动光学遥感工作机制不同,LiDAR能够有效探测森林植被的空间结构和地形,在森林参数的定量测量和反演上取得了成功的应用,特别是对森林垂直结构的探测能力,具有传统光学遥感数据难以比拟的优势。

 

同时,激光技术也在其他许多领域得到了应用。在测量地形时,激光雷达激光测距原理可利用红光和紫外线来探测地形。激光雷达技术的不断进步与更新,已广泛应用于测绘领域,为测绘工作做出了巨大的贡献。

 

一、激光雷达地形测绘遥感技术的特点

从总体上看,激光雷达地形测绘遥感技术的特点主要包括以下几个方面:

 

1.综合性特点

在测绘领域,激光雷达遥感技术具有很强的综合性,可以获取大量的数据。从宏观上看,遥感获取的数据反映了地球上万物的分布,它能真实地反映山、地、水文表面的特征,并且相对于航空影像获取来讲,激光雷达遥感对天气条件要求更低,效率更高。

 

2.广泛性特点

激光雷达技术的另一个特点是它的应用比较广泛。它可以在很短的时间内从空中或其他领域获得一些非常有价值的数据。这个数据可以用来扩展视觉空间。这也使我们更容易及时掌握事物现象的变化,也为我们研究一些规律提供了重要的信息,这就是为什么目前其他技术无法取代它的原因。

 

3.动态性特点

激光雷达遥感技术可以反复观察一个地方,这可以帮助我们观察到地球上常规手段无法看到的许多东西。此外,激光雷达遥感技术的另一个应用优势是遥感,它能够探测到是否发生自然灾害,也可以探测是否存在军事目标。

 

激光雷达应用地形测绘涉及的关键技术

1.复合扫描控制关键技术

在激光雷达遥感技术中,雷达是用来激光成像的,其中有个扫描器可以将激光偏转到相应的区域,从而实现激光成像。反射的回波能够很好地接入到系统中也是很重要的。如果扫描图不是线性的,就会导致图像失真。为了避免这些,必须做两件事:一是注意扫描方面是否为线性控制;二是扫描路径必须在时间上对齐。

 

2.激光发射关键技术

雷达对其负载的平台在大小和功率方面都有严格的要求。当然,对平台以外的操作环境也有需求。如果它是机载的,那么震动自然会非常大。如果要高空作业需求,绘制地形图,就需要高空间分辨率的雷达。

它需要具备以下几个特点:一是它可以有效地完成任务;二是频率高;三是比较小而且还抗震以二极管激光器为例,它既具有固体激光器的优点,又具有半导体激光器的优点:体积小,重量轻,可以高频输出,而且技术成熟。

 

3.高速信号处理关键技术

激光雷达遥感技术在地形测绘中的应用主要是为了形成相对准确、清晰的图像。要达到这个目的并不容易,需要多次改装。激光雷达测量值的每一点之间的距离是斜的,必须通过从一维转换为三维的这个过程,将测量数据转换为高程,并且通过坐标的变换,不规则图像的校正及误差的校正来获得最终符合要求的测绘成果。

 

激光雷达技术在测绘工作中的应用

1、基础测绘

激光雷达技术具备三维信息获取方面的优势,获取的数据具有密度高、质量好的特点,可以准确地反映地形地貌的三维信息,有利于提高基础测绘数据的正确性。数字摄影测量数据的采集是复杂的过程,因此测量工作的技术设计非常严格,技术人员要具备较高水平的专业知识技能。所以该技术可以优化测量手段和技术资源的使用和配置,提高数据收集的效率。

 

2、大型工程测绘

激光雷达数据信息的收集在工程的测量上起了重要作用,特别是现代建筑工程。收集相关资料信息,可构筑相应的模式。激光雷达技术通过快速地获取空间的三维坐标后,使用信息技术进行实时变化记录,可以很准确的获得测量数据信息。利用该技术可以在建筑基础上构建大型空间实体,或是构建空间的三维数据模型,再现客观事物的实际形态。

 

3、构建数字矿山

现代社会不断发展,数字矿山的构建要求环境必须具备友好型和经济的节约型两项特点,以确保矿山的良性发展。近年来,我国矿业发展处于瓶颈期,随着资源的大量消耗,对生态环境造成了严重破坏。若要解决此类问题,就必须加强对数字矿山发展的重视。数字矿山可以利用其技术特点实现对塌陷区生态环境的实时监测,为其进行经济评价提供基础数据,并且可以调查沉陷建筑物的损害程度,对自然灾害和地质等方面的信息进行探测。

 

4、传感设备应用

激光雷达技术能够提高对地形地貌的测量效果,它可以用来检查植物和农作物的生长情况,也可以去除植被观察地表区域,满足各行业不同需求的使用。

 

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