關于海洋測繪中采用激光掃描技術的分析

黃新元 辛保穩

摘 要：激光掃描技術是一種新的技術，在各個領域都有大量的應用，將該技術用于對海洋及沿岸環境測繪，不但測量速度快，而且能夠實現大面積的測定，有著傳統測量技術無法取代的優越性。因此我們將探討激光掃描技術應用于海洋測繪中，其實現的原理，作用等。

關鍵詞：海洋測繪;激光掃描技術;系統

前言

地球上三分陸地，七分海洋，海洋為人類提供了豐富的自然資源，其作用并不小于陸地，可以說海洋在人類的生存和發展有著舉足輕重的作用，人類的生活離不開海洋資源的支持。對海洋的勘測長期以來都在不斷的進行中。傳統的觀測方式主要采用外業工作，但是其工作難度大，精度讀判差等問題都非常突出，并不適合在大面積觀測中應用。隨著科技的發展，出現了一種激光掃描技術，該技術結合了傳統雷達技術和現代激光技術，是一種可以主動式的現代光學遙感儀器。因為探測束波長的縮短和定向性的強化，該技術具有技術測量速度快、覆蓋率高、探測度靈敏、時空分辨率高的特點。將該技術用于對海洋及沿岸環境測繪，不但測量速度快，而且能夠實現大面積的測定，有著傳統測量技術無法取代的優越性。因此我們將探討激光掃描技術應用于海洋測繪中，其實現的原理，作用等。

一、激光掃描技術概述

激光掃描技術有硬目標探測和軟目標探測兩種。硬目標探測主要是在應用激光掃描技術的過程中，在于傳感器的激光脈沖能夠穿透一些障礙物的遮擋，這樣就可以更加有效地得到精度比較準確的三維地形圖相關數據。然后可以利用相關軟件對于獲取的數據進行分析和處理，從而形成精準度比較好的 DEM等。基于激光掃描技術可以更加精準地對于目標進行測量，獲得更加準確的三維數據。軟目標探測主要是激光應用于在海洋大氣中傳輸，大氣分子和氣溶膠粒子在激光的照射下會出現多種散射的過程。相對來說，激光在大氣傳輸中的波長較短，其中海綿氣體分子和氣溶膠粒子會呈現出較強的吸收信號和散射信號。受到這些因素的影響，激光信號的能力就會大大減少。在探測器的作用下，光信號會轉變成為電信號，這樣就可以使其成為一種特殊的激光信號，即隨著探測距離而發生變化。在這個過程中，主要是借助連續測量以及對于回波信號信息進行分析和處理，從而更加精準地獲取海面大氣的相關要素信息。

二、激光掃描技術在海洋測繪中的應用類型

1、海岸帶的激光掃描測繪。海岸帶的測繪過程中會面對一個環境比較復雜等問題，勘測工作難度會非常大。目前陸地和船載測量儀器比較笨拙，利用效率低。野外工作的工作量大，勘測工作的危險性大，尤其在進行較大范圍的勘測工作的時候，工作的難度會大大增加，很難進行野外勘測工作。使用激光掃描技術能夠借助小巧的測量設備開展勘測工作。并且移動激光掃描設備的掃描頻率高，數據準確性強。在對于一些不便于測量的海岸帶進行掃描會更加有效的獲取數據。這樣就可以很好地解決傳統海岸帶測量的困難，大大提高測繪的精準度。

2、海表大氣的激光雷達測量。激光雷達測量是利用激光雷達進行掃描，對于海平面的風場和氣溶膠等一些相關的要素進行觀測和分析。系統通過測量信號的多普勒頻移，準確計算返回波信息，從而獲取風速、風向和大氣能見度等信息。可以非常方便地探測海面大氣的湍流和風切變等對于航海安全有著重要影響的因素。這種掃描機技術的應用，很好地保證了軍事和商業活動，為其導航實現了安全的保障。

3、水下目標和監測海洋污染源等問題所利用的機載激光雷達測深。機載激光雷達測深利用飛機作為觀測的平臺，激光掃描系統可以發揮傳感器的作用，有效獲取三維空間信息。在其探測水下目標和監測海洋污染源等問題時，該技術能夠動態差分 GPS接收機，利用其確定激光信號發射參考點的空間位置。而且有慣性導航系統，利用激光掃描裝置測定工作。激光測距儀主要用來測定激光信號發射參考點和地面激光焦點之間的距離。

4、利用激光掃描技術可以實現水下的圖像獲取。其原理是采用激光和一些具有特殊功能的光電器件相結合，達到避開海水過多的吸收和散射光線的問題，造成測量工作的有效性影響。激光掃描技術更好地獲取水下的圖像，提高目標測量的精確度。在開展具體的水下探測工作的時候，可以根據水下機器人的運行軌跡，然后使用激光對于目標進行掃描，利用 CCD攝像機來獲取目標圖像。這種方式可以獲取到更加清晰的三維信息圖像，很好地避免了傳統的不清晰的灰度圖形對于探測、分析工作的影響。對水下目標測繪的數字化有著很重要的作用。

5、利用激光掃描技術可以實現海洋油污的檢測。海域溢油事故常有發生，海洋的生態環境受到了嚴重的危害，不但影響了生態平衡，還會造成大量的經濟損失。所以建立一來快速準確的油污監測和應急系統刻不容緩，這樣在發生溢油事故的時候可以更加及時的應對。激光遙感海洋油污監測系統屬于一種前沿的遙感測量技術，可以很好地解決這個問題，它的主動性、高效性、實時性、準確性等特點。其原理是把油污中化合物受激光激發后的熒光數據進行分析甄別后，對油污的種類和溢油事件發出預警，具有全天候、體積小、適用各種環境氣候等特點，可滿足不同的監測需求。隨著激光技術的發展，其激光遙感海洋油污監測系統能夠大量應用到海洋事業中的海水、海岸的溢油監測和預警，海洋石油開發，海洋運輸事業等眾多方面，從而有效保證海洋的安全。

參考文獻

[1]姚鵬君，季惠彬.三維激光掃描技術在洞庫庫容測量中的應用[J].地理空間信息.2018（01）

[2]陳俊英，夏寶瑩，谷豐愷，鞏立江. 三維激光掃描技術在海洋石油生產中的應用分析[J].中國造船.2012（S2）

[3]朱曙光，余平洋.三維激光掃描技術在大比例尺地形圖測繪中的應用[J].山東工業技術.2015（01）

[4]周延利，劉全利，陳顏昆，王廣偉，邊高峰.三維激光掃描在油田GIS測量中的應用[J].物探裝備.2019（06）

[5]曾慶魯，張榮虎，盧文忠，王波，王春陽. 基于三維激光掃描技術的裂縫發育規律和控制因素研究——以塔里木盆地庫車前陸區索罕村露頭剖面為例[J].天然氣地球科學.2017（03）