激光雷达技术发展现状及潜力

激光雷达技术的发展现状及潜力

摘要：本文主要探讨激光雷达技术的发展现状及潜力，通过对激光雷达技术的发展历程、技术应用来具体阐述。

关键词：激光雷达技术、发展、技术应用

1、前言

激光雷达技术是一门新兴技术，在地球科学领域及行星科学领域有着广泛应用。随着这一技术在相关行业的深入开展，它越来越被世界各国的人们所熟知，并被大力推广、研发和应用，成为当今较为热门的现代量测技术。

激光雷达技术按不同的载体可分为星载、机载、车载及固定式激光雷达系统。其中星载及机载激光雷达系统结合卫星定位、惯性导航、摄影及遥感技术，可进行大范围数字地表模型数据的获取；车载系统可用于道路，桥梁，隧道及大型建筑物表面三维数据的获取；固定式激光雷达系统常用于小范围区域精确扫描测量及三维模型数据的获取。总之，激光雷达技术的出现，为空间信息的获取提供了全新的技术手段，使得空间信息获取的自动化程度更高，效率更明显。这一技术的发展也给传统测量技术带来革命性的挑战。

2、激光雷达技术的发展历程

国外激光雷达技术的研发起步较早，早在20世纪60年代年代，人们就开始进行激光测距试验；70年代美国的阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术； 80年代，激光雷达技术得到了迅速发展，研制出了精度可靠的激光雷达测量传感器，利用它可获取星球表面

高分辨率的地理信息。到了21世纪，针对激光雷达技术的研究及科研成果层出不穷，极大地推动了激光雷达技术的发展，随着扫描，摄影、卫星定位及惯性导航系统的集成，利用不同的载体及多传感器的融合，直接获取星球表面三维点云数据，从而获得数字表面模型dsm，数字高程模型dem，数字正射影像dom及数字线画图dlg 等，实现了激光雷达三维影像数据获得技术的突破。使得雷达技术得到了空前发展。如今机光雷达技术已广泛应用于社会发展及科学研究的各个领域，成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段。

3、激光雷达技术的工作原理及流程

激光雷达系统是一种集激光雷达扫描探测，卫星定位和惯性导航系统于一身的多功能三维影像获取系统。通常由三部分组成，分别为pos系统，传感器系统以及存储与控制系统。其中pos系统由卫星定位系统和惯性导航系统组成，卫星定位系统通过差分实时测定传感器的空间位置，惯性导航系统精确记录传感器的空间姿态，存储与控制系统将传感器测算的空间信息存储起来，通过后处理软件计算出准确的空间点云数据。并生成各种数字产品如：dsm、dem、dom、dlg等，其工作流程如下：

确定激光雷达技术方案

根据所需要成果的用途及精度，确定采用激光雷达技术的工作方式。对于小比例尺基础测绘和大范围的规划及考察研究，可采用星载激光雷达技术进行数据采集；对于高精度大面积基础测绘及区

域性详细规划，可采用机载激光雷达技术进行数据获取；对于交通及观测条件允许的带状区域的基础测绘及高精度信息获取，可采用车载激光雷达技术采集数据；对于小范围、小区域的高精度三维数据获取及建模研究等可采用固定式激光扫描技术采集数据。

数据采集

根据选定的激光雷达技术方法，利用gps系统获得传感器的空间位置数据，利用惯性导航系统获取传感器空间姿态数据；利用摄影及扫描系统获取空间三维坐标及影像数据；利用存储及控制系统记录所有获取数据，并对定位数据、测姿数据、扫描及影像数据进行归类存储。

数据处理

外业数据采集完成后，利用相关软件，对卫星定位轨迹数据、传感器姿态数据、激光扫描数据进行联合处理，得到大量测点的(x，y，z)三维点云数据及影像数据。其中包括影像数据的定向、镶嵌及空三结算；激光数据拼接、滤波及异常值剔除；坐标及高程系统转换等。

数据应用：通过内业联合处理后，生成满足用户需求的数字表面模型dsm、数字高程模型dem、正射影像图dom及数字线划图dlg 及各类专业地图。

4、激光雷达技术的主要应用领域

随着国际社会对激光雷达技术的深入研究，这一新兴技术的优越性越来越明显，在各个行业均有其独特的优势。激光雷达传感器

发射的激光脉冲能部分穿透树林遮挡，直接获取真实地面的高精度三维地形信息。且激光雷达测量不受日照和天气条件的限制，能全天候地对地观测，这些特点使它在灾害监测、环境监测、资源勘查、森林调查、地形测绘等方面的应用更具优势，能有效地弥补常规传感器的缺陷，是对现有航空、遥感技术的一种有效补充。

况且激光雷达测量技术又可以同其他技术手段集成使用，如将激光雷达测量技术同传统的航空相机、ccd相机以及红外遥感器等进行结合，可组成一套新的功能更强的遥感系统，为地球空间信息智能化处理提供新的融合数据源，在各行各业的应用都有较大优势，具体表现如下：

普通测绘中的应用激光雷达技术常被用来测绘带状地形图，其中包括交通线路、输电线路、海岸线、沟、管线路、水下地形等。通过激光雷达技术可以获取高密度、高精度的激光点云数据，去除植被、房屋、其他建筑物等非地形目标上的点云数据，进而生成目标表面模型。

文物遗址保护领域的应用对大型的遗迹及文物进行激光扫描，实现文物遗址的三维数字化建模，永久地保存文物信息，减少人为因素对文物的损坏；还可以按照时间序列，将历史文化遗迹在时间隧道中再现；另外借助于互联网，可以快速地实现资源共享，这都将对文化遗产保护、复原与研究具有重要意义。

构建“数字城市”的应用地面激光雷达能够对地面建筑物进行

多角度激光扫描，可以快速获取城市中各类建筑物的三维点云数据，并在软件的支持下进行拼接、建模、纹理映射，从而得到“数字城市”所需要的高精度、真三维、可量测的，具有真实感的虚拟城市三维模型。三维模型不但可以对目标建筑进行精确量测，也可以从任意角度实时交互地看到规划效果，获得前所未有的直觉体验。

工程测量中的应用

工程测量的特点是:测量范围大小不一;被测目标周围环境复杂，目标之间空间几何关系复杂、也可能时刻处于变化状态等。这些特性就要求能有一种速度快、精度高，且可以实现远距离主动遥感获取空间信息的技术手段来实施测量。而地面激光雷达技术正好可以满足这些要求，并已经被逐步应用于建筑工程、巷道与洞穴测量、工厂设施与管线测量等领域，成为工程测量新的技术力量。

森林地区准确的地形及植被参数信息对于林业及自然资源的管理非常重要。而这些数据用常规方法获取较为困难。激光雷达技术它能同时获得树冠底部的地形信息以及树高信息。通过数据后处理，可分析植被并对其加以分类，计算树高、计算木材量，并可动态监测植物的生长情况以及提取林区的真实数字地面模型，成为林业管理的好帮手。