【摘 要】當(dāng)前隨著測(cè)繪技術(shù)的有效發(fā)展，人們已經(jīng)將雷達(dá)技術(shù)以及激光技術(shù)進(jìn)行結(jié)合有效的應(yīng)用到實(shí)際的測(cè)繪工程當(dāng)中，因而也就產(chǎn)生了激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)。這種測(cè)繪技術(shù)在實(shí)際的使用中主要就是采用激光技術(shù)將紅外線到紫外線的這段光譜進(jìn)行有效的探測(cè)，并且在雷達(dá)的支持下對(duì)檢測(cè)的精確度進(jìn)行提高，以此來滿足當(dāng)前人們對(duì)于測(cè)繪的相關(guān)要求的媽祖。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸對(duì)激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行不斷的完善和創(chuàng)新，對(duì)其的應(yīng)用當(dāng)前已經(jīng)逐漸的應(yīng)用到工程測(cè)繪的各個(gè)領(lǐng)域。本文主要就對(duì)激光雷達(dá)相關(guān)測(cè)繪技術(shù)的內(nèi)容以及在實(shí)際工程中對(duì)其的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】工程測(cè)繪；激光雷達(dá)測(cè)繪；應(yīng)用

一、激光雷達(dá)的分類與工作原理

人們對(duì)激光雷達(dá)的分類一般是依據(jù)激光器與探測(cè)技術(shù)進(jìn)行分類，也可以根據(jù)雷達(dá)功能給予分類。人類在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)明了多種激光器，目前市場(chǎng)上激光器的種類比較多，比如：CO2激光器與氦-氖激光器等。依照探測(cè)技術(shù)，可以將激光雷達(dá)分成2種類型，即直接探測(cè)型與相干探測(cè)型。依據(jù)功能來劃分，則可以分成跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、流速測(cè)量、成像雷達(dá)與振動(dòng)傳感等多種雷達(dá)。激光雷達(dá)的工作原理跟無線電雷達(dá)的基本一樣，均依賴于所使用的探測(cè)技術(shù)。

激光雷達(dá)在工作時(shí)，先由激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)過目標(biāo)反射以后直接被信號(hào)接收系統(tǒng)所收集，這樣就可將激光信號(hào)往返傳播的時(shí)間測(cè)量出來，從而確定所測(cè)目標(biāo)之距離。對(duì)于所測(cè)目標(biāo)之徑向速度，我們可通過反射光之多普勒頻移進(jìn)行確定，通過測(cè)量出2個(gè)或者2個(gè)以上的距離，則可以準(zhǔn)確計(jì)算出目標(biāo)變化率，從而獲取有效目標(biāo)速度。

二、激光雷達(dá)測(cè)繪關(guān)鍵技術(shù)的分析

（1）激光發(fā)射機(jī)技術(shù)?，F(xiàn)在，激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)選擇的光源主要是氣體激光器和半導(dǎo)體泵浦固體激光器等。半導(dǎo)體激光器是一種小型化的激光器，工作物質(zhì)幾十種。主要激勵(lì)方式有電泵式、電注入式和高能電子束。大部分是電注入激勵(lì)。通過多年來研究，其得到了很大的發(fā)展。波長(zhǎng)覆蓋范圍越來越大，各項(xiàng)的性能參數(shù)和輸出功率也得到不斷提到，應(yīng)用在某些重要領(lǐng)域。半導(dǎo)體泵浦固體激光器優(yōu)點(diǎn)是量子效率高，重量輕、體積小、穩(wěn)定可靠、工作壽命長(zhǎng)，輸出地光束質(zhì)量好，已經(jīng)可以解決工程的應(yīng)用問題，是發(fā)展最快、前景最好的激光器。目前氣體激光器是一種種類最多，應(yīng)用最廣、輸出的激光波長(zhǎng)最豐富的激光器。優(yōu)點(diǎn)是輸出波長(zhǎng)的范圍很寬，氣體光學(xué)均勻性好，輸出光束質(zhì)量較好，穩(wěn)定性好等。

（2）空間掃描技術(shù)。掃描方式分為掃描體制和非掃描體制，目前國(guó)內(nèi)多采用掃描體制。應(yīng)用最多的是機(jī)械掃描方式，掃描頻率很高，能用不同機(jī)械結(jié)構(gòu)得到不同掃描圖樣。二元光學(xué)式新興重要分支，但目前工程應(yīng)用還不成熟，掃描角度小，透過率也較低。

（3）終端信息的處理技術(shù)。該處理系統(tǒng)不僅要同步協(xié)調(diào)控制各個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、掃描機(jī)、激光器和各個(gè)信號(hào)處理電路，還要處理從接收機(jī)送出信息，目標(biāo)距離信息要努力獲取，同時(shí)還要完成錄取、產(chǎn)生及處理重構(gòu)系統(tǒng)的三維圖像數(shù)據(jù)。目前設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路完成，用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距單元，同時(shí)還要采用精密測(cè)時(shí)的技術(shù)等。

（4）高靈敏度接收機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)。接收單位由光電探測(cè)器、光學(xué)系統(tǒng)和回波檢測(cè)處理電路等等組成，設(shè)計(jì)基本要求是：高回波探測(cè)概率、高接受靈敏度以及低的虛警率。工程應(yīng)用中，要合理提高接收機(jī)的靈敏度來提高激光測(cè)距機(jī)性能。激光接收機(jī)核心部件是探測(cè)器，一定要合理選擇使用探測(cè)器。由于雪崩光電二極管有可靠性好、體積小、內(nèi)增益高等優(yōu)點(diǎn)，首選用在工程中。

三、激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

近年來人們對(duì)各種物質(zhì)本源和客觀事物規(guī)律的追求在不斷的深入，這使得激光雷達(dá)技術(shù)深受著人們的重視它在事物跟蹤和控制方面發(fā)揮著重要的意義。同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、遙感技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展給激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為其工作開展奠定了理論基礎(chǔ)在目前的應(yīng)用當(dāng)中其主要應(yīng)用在以下幾方面：

（一）基礎(chǔ)測(cè)繪工作

所謂的基礎(chǔ)測(cè)繪主要指的是對(duì)工程項(xiàng)目施工場(chǎng)地進(jìn)行的測(cè)繪工作，其工作目的在于實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的基本要求和主要施工目的，通常來說工程測(cè)繪是一種對(duì)有關(guān)測(cè)量物體的基本信息進(jìn)行搜集和整理的，因此在這一工作階段應(yīng)當(dāng)是以數(shù)字影像為主要技術(shù)要求進(jìn)行的。但是在工作中因?yàn)閿?shù)字影像本身存在著工作力度繁瑣、施工內(nèi)容復(fù)雜的特點(diǎn)，為此在工程項(xiàng)目中我們有必要針對(duì)其基本工作線路和施工技術(shù)要求來提前設(shè)置合理的程序和控制策略。在基礎(chǔ)測(cè)繪工作中采用激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)，可以有效的緩解傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)所帶來的工作壓力，提高工作效率和工作進(jìn)度，這種技術(shù)在應(yīng)用中是通過三維坐標(biāo)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)地面坐標(biāo)的三維立體控制，從而達(dá)到精確坐標(biāo)的要求，但是就機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行分析，其在應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確的判斷出測(cè)量物體所在的部位，提高測(cè)量系統(tǒng)的工作效率，另外在工作中高精度的激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)還可以直觀的觀察到有關(guān)被測(cè)物、制備的信息，可以充分利用各種資源。

（二）精密工程的測(cè)量

測(cè)量都是一個(gè)復(fù)雜、系統(tǒng)的工作模式，它設(shè)計(jì)到多方面的內(nèi)容加測(cè)量目標(biāo)、三維立體坐標(biāo)、三維物體模型等，因此整個(gè)測(cè)量工作的開展也是極為復(fù)雜和繁瑣的包含了多種不同的工作流程加水文地質(zhì)測(cè)量、沉降觀測(cè)、電力選線、變形控制等地面激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)就是解決這類問題的有效方法利用數(shù)碼相片獲得紋理信息并與構(gòu)筑物模型實(shí)現(xiàn)疊加，以構(gòu)建三維模型河有效實(shí)現(xiàn)對(duì)景觀的規(guī)劃分析、物體保護(hù)、形變測(cè)量、規(guī)劃決策等例如激光雷達(dá)技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)、公路設(shè)計(jì)中提供的高精度地面高程模型河便于線路的設(shè)計(jì)與施工方法精確計(jì)算在電力線路設(shè)計(jì)過程中利用激光雷達(dá)技術(shù)的成果數(shù)據(jù)可以對(duì)整個(gè)線路有所了解包括公共區(qū)域內(nèi)的地物、地形等要素在電路線維護(hù)或搶修時(shí)根據(jù)電力線路中的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)地面裸露點(diǎn)的高程計(jì)算出任意位置線路距離地面的高度，方便維護(hù)與搶修；另外在樹木的密集區(qū)內(nèi)也可利用激光雷達(dá)估算出需要砍伐樹木的面積與木材量。

（三）數(shù)字城市建設(shè)

隨著當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的大力推進(jìn)，一些城市正朝著數(shù)字城市信息化目標(biāo)方向前進(jìn)。而空間信息就是打造數(shù)字城市之重要的框架與平臺(tái)，也是建立數(shù)字城市之核心環(huán)節(jié)。激光雷達(dá)技術(shù)則能夠獲得一系列分辨率極高、且精讀性極高的地面模型（數(shù)字），進(jìn)而可以為數(shù)字城市建設(shè)提供一些非常寶貴的空間信息資源。為此，激光雷達(dá)技術(shù)可以說是當(dāng)前城市建設(shè)之核心技術(shù)。在工程實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)可以在空中或地面通過激光多角度掃描地面的建筑物，從而能夠快速、準(zhǔn)確獲知所測(cè)量目標(biāo)的三維點(diǎn)（高密度且高精度）的空間坐標(biāo)，然后再借助計(jì)算機(jī)軟件，可以較好地對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施模型建構(gòu)與紋理的映射，甚至可以全方位地構(gòu)建出面積比較大的數(shù)字城市的三維模型；同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地更新三維模型，從而為我們數(shù)字城市的建設(shè)提供一些可靠的、持續(xù)的、真實(shí)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)源。

（四）數(shù)字礦山的構(gòu)建

數(shù)字礦山的建立既滿足環(huán)境友好型、經(jīng)濟(jì)節(jié)約型社會(huì)需要也對(duì)促進(jìn)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要作用近年來朧國(guó)礦業(yè)及礦業(yè)城市遇到了生存與發(fā)展的困境而礦山生態(tài)環(huán)境、資源枯竭等問題嚴(yán)重礦山系統(tǒng)內(nèi)的功能受到局限礦山的人力、物力、財(cái)力都有所影響若想解決這些問題必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)字礦山的重視。

（五）水下地形測(cè)量

一些激光雷達(dá)系統(tǒng)是運(yùn)用了2種波長(zhǎng)不同的激光束，有益于對(duì)水下地形的真實(shí)測(cè)量。例如，通過激光雷達(dá)系統(tǒng)可以運(yùn)用紅光或者紅外光對(duì)水面進(jìn)行測(cè)量，還可以運(yùn)用藍(lán)綠光通過穿透水面的方式來測(cè)量水底，接著運(yùn)用2光束（約等于）的接收時(shí)間差來進(jìn)一步計(jì)算出水的真實(shí)深度。所以，能夠運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)水下地形進(jìn)行大面積的測(cè)量。此外，可以運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)海道進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量海水的深度最高可達(dá)50m，這個(gè)測(cè)量深度是隨著海水水質(zhì)的清晰度有一定的所變化，普遍受到航道與水文等多種行業(yè)的歡迎。

（六）電力傳輸與管道布圖

在直升機(jī)平臺(tái)上工作的激光雷達(dá)系統(tǒng)最適用于測(cè)量傳輸線路由于直升機(jī)可以沿著電力線或者管道傳輸?shù)淖呃蕊w行，比固定翼飛機(jī)節(jié)約成本并且直升機(jī)可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整高度和速度，以獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)如果在激光雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)中同時(shí)使用錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)及其他傳感設(shè)備，既可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)測(cè)量也可同步進(jìn)行線路檢查及制圖工作。

結(jié)語(yǔ)

總之，當(dāng)前在我國(guó)的工程測(cè)繪當(dāng)中對(duì)于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用非常的廣泛，并且和傳統(tǒng)的工程測(cè)繪技術(shù)相比較，其不但有著比較高的精度以及準(zhǔn)確性，在一定程度上也就因此提高了工程測(cè)繪的效率。但是由于激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展起步比較晚，對(duì)于其數(shù)據(jù)處理方面還不是很成熟，所以我們需要在實(shí)際的測(cè)繪工程中加強(qiáng)深入研究，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐晟坪透倪M(jìn)，從而有效的推動(dòng)我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭永超，趙銘軍，張文平，趙春生，沈嚴(yán).激光雷達(dá)技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)向[J].紅外與激光工程.2006（S3）

[2]李磊，鄭永超，彭鳳超，鄧全.地形測(cè)繪激光成像雷達(dá)技術(shù)研究[J].紅外與激光工程.2006（S3）

[3]屈增風(fēng)，靳辰飛，趙遠(yuǎn)，孫秀冬.新型光纖激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)理論分析與作用距離計(jì)算[J].紅外與激光工程.2009（02）