關(guān)于海洋測繪中采用激光掃描技術(shù)的分析

黃新元 辛保穩(wěn)

摘 要：激光掃描技術(shù)是一種新的技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用，將該技術(shù)用于對海洋及沿岸環(huán)境測繪，不但測量速度快，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的測定，有著傳統(tǒng)測量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性。因此我們將探討激光掃描技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪中，其實(shí)現(xiàn)的原理，作用等。

關(guān)鍵詞：海洋測繪;激光掃描技術(shù);系統(tǒng)

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(fā)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(jìn)行中。傳統(tǒng)的觀測方式主要采用外業(yè)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(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了一種激光掃描技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)和現(xiàn)代激光技術(shù)，是一種可以主動(dòng)式的現(xiàn)代光學(xué)遙感儀器。因?yàn)樘綔y束波長的縮短和定向性的強(qiáng)化，該技術(shù)具有技術(shù)測量速度快、覆蓋率高、探測度靈敏、時(shí)空分辨率高的特點(diǎn)。將該技術(shù)用于對海洋及沿岸環(huán)境測繪，不但測量速度快，而且能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的測定，有著傳統(tǒng)測量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性。因此我們將探討激光掃描技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪中，其實(shí)現(xiàn)的原理，作用等。

一、激光掃描技術(shù)概述

激光掃描技術(shù)有硬目標(biāo)探測和軟目標(biāo)探測兩種。硬目標(biāo)探測主要是在應(yīng)用激光掃描技術(shù)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(zhǔn)確的三維地形圖相關(guān)數(shù)據(jù)。然后可以利用相關(guān)軟件對于獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而形成精準(zhǔn)度比較好的 DEM等?；诩す鈷呙杓夹g(shù)可以更加精準(zhǔn)地對于目標(biāo)進(jìn)行測量，獲得更加準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)。軟目標(biāo)探測主要是激光應(yīng)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(huì)出現(xiàn)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(huì)呈現(xiàn)出較強(qiáng)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(huì)大大減少。在探測器的作用下，光信號會(huì)轉(zhuǎn)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(fā)生變化。在這個(gè)過程中，主要是借助連續(xù)測量以及對于回波信號信息進(jìn)行分析和處理，從而更加精準(zhǔn)地獲取海面大氣的相關(guān)要素信息。

二、激光掃描技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用類型

1、海岸帶的激光掃描測繪。海岸帶的測繪過程中會(huì)面對一個(gè)環(huán)境比較復(fù)雜等問題，勘測工作難度會(huì)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(xiǎn)性大，尤其在進(jìn)行較大范圍的勘測工作的時(shí)候，工作的難度會(huì)大大增加，很難進(jìn)行野外勘測工作。使用激光掃描技術(shù)能夠借助小巧的測量設(shè)備開展勘測工作。并且移動(dòng)激光掃描設(shè)備的掃描頻率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性強(qiáng)。在對于一些不便于測量的海岸帶進(jìn)行掃描會(huì)更加有效的獲取數(shù)據(jù)。這樣就可以很好地解決傳統(tǒng)海岸帶測量的困難，大大提高測繪的精準(zhǔn)度。

2、海表大氣的激光雷達(dá)測量。激光雷達(dá)測量是利用激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，對于海平面的風(fēng)場和氣溶膠等一些相關(guān)的要素進(jìn)行觀測和分析。系統(tǒng)通過測量信號的多普勒頻移，準(zhǔn)確計(jì)算返回波信息，從而獲取風(fēng)速、風(fēng)向和大氣能見度等信息?？梢苑浅７奖愕靥綔y海面大氣的湍流和風(fēng)切變等對于航海安全有著重要影響的因素。這種掃描機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，很好地保證了軍事和商業(yè)活動(dòng)，為其導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)了安全的保障。

3、水下目標(biāo)和監(jiān)測海洋污染源等問題所利用的機(jī)載激光雷達(dá)測深。機(jī)載激光雷達(dá)測深利用飛機(jī)作為觀測的平臺，激光掃描系統(tǒng)可以發(fā)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(biāo)和監(jiān)測海洋污染源等問題時(shí)，該技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)差分 GPS接收機(jī)，利用其確定激光信號發(fā)射參考點(diǎn)的空間位置。而且有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，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(fā)射參考點(diǎn)和地面激光焦點(diǎn)之間的距離。

4、利用激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)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(jié)合，達(dá)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(shù)更好地獲取水下的圖像，提高目標(biāo)測量的精確度。在開展具體的水下探測工作的時(shí)候，可以根據(jù)水下機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，然后使用激光對于目標(biāo)進(jìn)行掃描，利用 CCD攝像機(jī)來獲取目標(biāo)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(tǒng)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(biāo)測繪的數(shù)字化有著很重要的作用。

5、利用激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)海洋油污的檢測。海域溢油事故常有發(fā)生，海洋的生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重的危害，不但影響了生態(tài)平衡，還會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。所以建立一來快速準(zhǔn)確的油污監(jiān)測和應(yīng)急系統(tǒng)刻不容緩，這樣在發(fā)生溢油事故的時(shí)候可以更加及時(shí)的應(yīng)對。激光遙感海洋油污監(jiān)測系統(tǒng)屬于一種前沿的遙感測量技術(shù)，可以很好地解決這個(gè)問題，它的主動(dòng)性、高效性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性等特點(diǎn)。其原理是把油污中化合物受激光激發(fā)后的熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析甄別后，對油污的種類和溢油事件發(fā)出預(yù)警，具有全天候、體積小、適用各種環(huán)境氣候等特點(diǎn)，可滿足不同的監(jiān)測需求。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，其激光遙感海洋油污監(jiān)測系統(tǒng)能夠大量應(yīng)用到海洋事業(yè)中的海水、海岸的溢油監(jiān)測和預(yù)警，海洋石油開發(fā)，海洋運(yùn)輸事業(yè)等眾多方面，從而有效保證海洋的安全。

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