地形測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)研究

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 開(kāi)封 475500）

地形測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)研究

賀兵

（尉氏縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 開(kāi)封 475500）

作為一種低成本、高效率的獲取空間數(shù)據(jù)的方法，激光雷達(dá)一直受到很多地質(zhì)勘測(cè)科學(xué)家的青睞，是測(cè)繪遙感技術(shù)的重要發(fā)展方向，也是國(guó)土資源開(kāi)發(fā)中重要的數(shù)據(jù)獲取方式和手段。本文首先對(duì)激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行概述，然后通過(guò)測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)的工作原理和實(shí)際應(yīng)用來(lái)探討其使用價(jià)值。

地形測(cè)繪；激光成像；雷達(dá)技術(shù)

1 激光雷達(dá)技術(shù)的概述

1.1 指標(biāo)分析優(yōu)勢(shì)

對(duì)激光成像雷達(dá)測(cè)繪來(lái)說(shuō)，決定測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)包括三方面：①高程測(cè)量精度；②高空間分辨率；③GPS、INS的測(cè)量精度。只有在所有指標(biāo)都匹配的情況下，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)繪系統(tǒng)的高精度測(cè)量。

1.2 測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展

測(cè)繪技術(shù)將各種新型技術(shù)結(jié)合在一起，如信息技術(shù)、遙感技術(shù)等，從而衍生多種測(cè)繪技術(shù)體系，使用較普遍的3S測(cè)繪技術(shù)，其包括遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS），為測(cè)繪技術(shù)未來(lái)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。測(cè)繪技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的限制，并向空間數(shù)據(jù)獲取、測(cè)量、分析等多個(gè)新領(lǐng)域發(fā)展。

1.3 激光成像雷達(dá)技術(shù)

激光成像雷達(dá)技術(shù)是目前地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)中的一項(xiàng)代表技術(shù)，其不僅成本低，而且測(cè)量獲得數(shù)據(jù)的效率較高，其也是現(xiàn)階段整個(gè)地質(zhì)測(cè)繪中使用最為頻繁的手段之一。該技術(shù)作用的發(fā)揮需要依賴遙感技術(shù)，因此，可以說(shuō)激光成像雷達(dá)技術(shù)是遙感技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的產(chǎn)物。激光雷達(dá)在實(shí)踐操作中能提供高分率的空間分辨率、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、廣泛的探測(cè)范圍及更為精確的三圍信息。

1.4 激光成像雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)階段，遙感測(cè)繪技術(shù)的主要發(fā)展方向便是激光成像雷達(dá)技術(shù)。由于激光成像雷達(dá)技術(shù)具有極高的角分辨率、距離分辨率、抗干擾能力強(qiáng)等多種優(yōu)勢(shì)，且擁有較大的發(fā)展空間［1］，因此，該技術(shù)受到諸多測(cè)繪工作者的青睞。近年來(lái)，激光成像雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，技術(shù)的適用性也不斷增強(qiáng)；在測(cè)繪中，不論是山川河流還是城市平原，激光成像雷達(dá)技術(shù)都能精準(zhǔn)地獲取較為完整的數(shù)據(jù)。

在測(cè)繪工作中，激光成像雷達(dá)技術(shù)作為重要途徑，是當(dāng)前發(fā)展較快，應(yīng)用較廣的技術(shù)，且衛(wèi)星荷載平臺(tái)的激光雷達(dá)技術(shù)因?qū)崿F(xiàn)了較大程度的發(fā)展，在測(cè)繪工作中已經(jīng)有了很大的突破和研究。國(guó)外的一家地質(zhì)公司在研究地形測(cè)量的ALTM系列的機(jī)載激光雷達(dá)中運(yùn)用了激光雷達(dá)技術(shù)，其產(chǎn)品的飛行高度最低為400km，最高為3 000km，能對(duì)各種地貌的高度進(jìn)行測(cè)量，并得到分辨率十分高的三維數(shù)據(jù)。在衛(wèi)星荷載應(yīng)用平臺(tái)中，戈達(dá)德宇航中心火星觀測(cè)激光測(cè)高儀，已經(jīng)可以對(duì)火星進(jìn)行全面探測(cè)。

2 激光雷達(dá)地形測(cè)繪遙感技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 綜合數(shù)據(jù)的獲取

激光雷達(dá)地形測(cè)繪技術(shù)能夠獲取廣泛的數(shù)據(jù)。通過(guò)收集和分析各種數(shù)據(jù)，集中反映出事物的形體，充分顯示地理特征，揭示事物的特點(diǎn)，并及時(shí)上傳這些數(shù)據(jù)，再進(jìn)行綜合分析，使得人們獲得更多有效的綜合數(shù)據(jù)。

2.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的檢測(cè)

激光雷達(dá)技術(shù)可以通過(guò)對(duì)特定區(qū)域定期重復(fù)監(jiān)測(cè)，獲取該區(qū)域數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，幫助更多的質(zhì)工作者充分了解該區(qū)域的地形變化趨勢(shì)，更好地開(kāi)展測(cè)繪工作。通過(guò)這一功能，人們以利用激光雷達(dá)地形測(cè)繪技術(shù)全面掌握各河流水域、環(huán)境污染及自然災(zāi)害的發(fā)生，并及時(shí)制定出有效的解決措施。

2.3 測(cè)繪的范圍大

激光雷達(dá)地形測(cè)繪遙感技術(shù)在各種地質(zhì)實(shí)踐工作中均能獲取相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)。而廣泛的測(cè)繪范圍就需要把握數(shù)據(jù)收集速度，控制數(shù)據(jù)多少。在測(cè)繪中應(yīng)用激光雷達(dá)地形測(cè)繪遙感技術(shù)，能在視覺(jué)上有效地將宏觀事物數(shù)據(jù)放大，為地質(zhì)工作者把握有效宏觀數(shù)據(jù)提供有利條件。

3 測(cè)繪工作中激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)測(cè)繪

基礎(chǔ)測(cè)繪工作主要收集數(shù)字的正射影像及線劃地圖等幾方面數(shù)據(jù)。在收集數(shù)據(jù)時(shí)，利用三維信息開(kāi)展測(cè)繪，能提高準(zhǔn)確度。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)據(jù)的采集是一個(gè)繁瑣且復(fù)雜的過(guò)程，因此，對(duì)測(cè)繪工作的設(shè)計(jì)要求十分嚴(yán)格，技術(shù)人員需要具備過(guò)硬的專業(yè)本領(lǐng)。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息具有高精確度和高質(zhì)量的特點(diǎn)，因此，能準(zhǔn)確、清晰地反映和呈現(xiàn)地球上任何一種事物的三維信息，使測(cè)量工具和資源實(shí)現(xiàn)有效利用與配置，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高準(zhǔn)確度和高效率。

3.2 大型工程測(cè)繪

數(shù)據(jù)信息的收集對(duì)工程測(cè)量具有重要作用，尤其是在現(xiàn)代化的建筑工程中，通過(guò)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，能構(gòu)建相應(yīng)的模型。激光雷達(dá)技術(shù)可以準(zhǔn)確快速地獲得空間的三維坐標(biāo)，然后依據(jù)實(shí)時(shí)拍攝的數(shù)碼相片，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)構(gòu)建大型的空間實(shí)體，或者是對(duì)場(chǎng)景建立空間三維數(shù)據(jù)模型，以達(dá)到再現(xiàn)世界客觀事物真實(shí)形態(tài)的效果［2］。運(yùn)用三維模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑規(guī)劃合理的分析、對(duì)建筑的形變進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

3.3 構(gòu)建礦山數(shù)字

現(xiàn)代社會(huì)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(jì)的節(jié)約型兩項(xiàng)特點(diǎn)，以確保數(shù)字礦山的良性發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)礦業(yè)發(fā)展處于瓶頸期，隨著資源的大量消耗，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。若要解決此類問(wèn)題，就必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)字礦山的重視，數(shù)字礦山可以利用其特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)塌陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、調(diào)查沉陷建筑物的損害程度、對(duì)自然災(zāi)害和地質(zhì)等方面進(jìn)行探測(cè)。

3.4 傳感設(shè)備應(yīng)用

激光雷達(dá)技術(shù)將數(shù)字相機(jī)這類傳感設(shè)備同時(shí)應(yīng)用到測(cè)繪中，能使激光雷達(dá)技術(shù)的測(cè)繪效果達(dá)到最佳，測(cè)繪準(zhǔn)確度更高。此外，該方式還能對(duì)圖畫(huà)的制作和線路的相關(guān)情況進(jìn)行檢查。直升機(jī)的工作原理就是應(yīng)用了激光雷達(dá)技術(shù)。

4 激光成像雷達(dá)技術(shù)的市場(chǎng)前景

隨著激光軟件市場(chǎng)的不斷成熟，激光雷達(dá)測(cè)繪遙感技術(shù)的成本逐漸降低，在三維重構(gòu)技術(shù)不完善的情況下，還能確保資源開(kāi)發(fā)的成功率，說(shuō)明激光雷達(dá)地形測(cè)繪技術(shù)具有快速發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。此外，該技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取能力較高，因此在未來(lái)的發(fā)展中擁有十分可觀的前景。其發(fā)展不僅僅是中國(guó)，整個(gè)世界的地質(zhì)工作者都將為之矚目。激光成像雷達(dá)技術(shù)不僅是時(shí)代發(fā)展的科技產(chǎn)物，更是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大突破。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)地質(zhì)測(cè)繪工作利用激光成像雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，經(jīng)過(guò)多年的探索發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)成為整個(gè)地質(zhì)工作中常用的測(cè)繪手段，對(duì)整個(gè)地質(zhì)探測(cè)行業(yè)都有著至關(guān)重要的作用。激光成像雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展不僅能帶動(dòng)我國(guó)大量產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，還可以帶動(dòng)地形遙感技術(shù)的發(fā)展，為各行工作者帶來(lái)極大便利。在未來(lái)的發(fā)展中，激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為現(xiàn)代化的科技地形測(cè)繪技術(shù)的中堅(jiān)力量。但就發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)激光成像雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的整體發(fā)展仍然不完善，還有諸多需要改善的地方。因此，在具體實(shí)踐中，相關(guān)工作人員要結(jié)合實(shí)踐不斷創(chuàng)新研究，使激光成像雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)探測(cè)的科技之路上實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。

［1］李磊，鄭永超，彭鳳超，等.地形測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)研究［A］//中國(guó)宇航學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì).2006年全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議文集（C激光技術(shù)與應(yīng)用專題）［C］.中國(guó)宇航學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，2006.

［2］柴國(guó)貝.激光雷達(dá)成像特征分析及應(yīng)用研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2016.

Research on Lidar Technique for Topographic Mapping

He Bing
（Weishi Bureau of Housing and Urban Planning and Construction，Kaifeng Henan 475500）

As a method of obtaining spatial data in a low cost and high efficiency,the laser radar has been a lot of geological survey scientists of all ages,it is an important development direction of Surveying and mapping of remote sensing technology,but also an important land resources in the development of data acquisition methods and means.Firstly,this paper summarized the lidar technology,and then discussed its application value through the working principle and practical application of the mapping laser imaging radar technology.

topographic mapping；laser imaging；radar technology

TN958.98

A

1003-5168（2017）07-0036-02

2017-06-01

賀兵（1980-），男，本科，助理工程師，研究方向：測(cè)繪。