激光遥感技术范文

【关键词】测绘工程；技术；发展

1、概述

传统的测绘工程长期依靠经纬仪、平板仪、水准仪进行工作，随着现代测绘技术的逐步扩大应用，向传统测绘工程技术告别的时代已经到来。现代测绘技术的核心是卫星导航定位技术、遥感技术和地理信息系统技术。其中，卫星导航定位技术和遥感技术是航天技术、卫星技术、传感器技术、现代通信技术、计算机技术等高新技术综合集成的结果，地理信息系统技术是计算机技术、数据库技术、空间分析与模拟技术综合集成的结果。因此，现代测绘技术是空间技术和信息技术等现代高新技术的综合集成，也是国家高新技术的重要组织部分。

2、现代测绘工程技术的发展

2.1测绘仪器的发展现代测量仪器以自动化、数字化、智能化、网络化为方向发展，传统的光学测量仪器呈现出被弃用的趋势。全站仪堪称工程测量的代表仪器，它是电子经纬仪和测距仪的集成体。全站仪不仅具有电子测角和电子测距的功能，而且具有自动记录、存储和运算能力，有很高的工作效率。目前还出现了“自动目标识别全站仪”，可以自动跟踪反射器并实时得到三维坐标，在软件的支持下与设计值比较，从而控制施工过程。用于高精度定向的陀螺经纬仪向激光陀螺定向发展。另外，将陀螺仪和全站仪集成就出现了陀螺全站仪。大面积的首级控制测量早已使用GPS全球定位系统。目前，用于控制测量的静态GPS接收机已实现天线、接收机和电源一体化，操作完全自动化。用于图根控制测量和采集数据的实时动态RTKGPS接收机，可以瞬时获得地面点的坐标。另外，它还可以在30～50km范围内按坐标施工放样。将全站仪和GPS集成一体，就出现了“超站仪”，它改变了工程测量外业的作业模式，实现控制测量、碎部测量和施工放样的一体化和无缝衔接作业。三维激光影像扫描仪可以快速、精确和可靠地获得被识别物体三维空间数据，在桥梁变形、水坝监测及建模、土石滑坡监控、开挖容量测量、城市数字化测量等方面非常有用。高精度高程测量方法目前还是采用几何水准测量，但水准测量的仪器实现了数字化和自动化。数字水准仪不光实现了自动安平，还配合条码标尺，实现观测自动化和测量结果数字化。数字水准仪主要是利用相关法和相位法的原理实现自动读取视线高和视线距离。

2.2现代测绘技术的发展

2.2.1全球定位系统GPS即全球卫星定位系统。它最初是由美国国防部开发的，利用离地面约两万多公里高的轨道上运行的24颗人造卫星所发射出来的讯号，以三角测量原理计算出收讯者在地球上的位置。GPS采用的是全球性地心坐标系统，坐标原点为地球质量中心。GPS自问世以来，充分显示了其在无线导航、定位领域的霸主地位。

2.2.2遥感技术

遥感（RS）是一种远距离，大面积几何形态、位置以及相关物理特性的传感手段。广义的遥感包含航空摄影测量。现代航天遥感技术（RS）可提供分辨率的影像资料，航空遥感技术即全数字摄影测量可提供分米级甚至厘米级的影像资料。遥感技术在近一、二十年内飞速发展，既有框幅式可见光黑白摄影、多光谱摄影、彩色摄影、彩红外摄影、紫外摄影，又有全景摄影机、红外扫描仪，红外辐射计、多光谱扫描仪、成象光谱仪，CCD线阵列扫描和矩阵摄影机、微波辐射计、散射计，合成孔径雷达及各种雷达和激光测高仪等。传感器的研制在向更高的空间分辨率方向发展的同时，也向全方位的立体观测能力方向发展。遥感多时相性，提供了人们长期、系统和动态研究地球表面的变化及其规律的可能性。

2.2.3地理信息系统

从系统角度看，在未来的几十年内，地理信息系统（GIS）将向着数据标准化（InteroperableGIS）、数据多-维化（3D&4DGIS）、系统集成化（ComponentGIS）、系统智能化（CyberGIS）、平台网络化（WebGIS）和应用社会化（数字地球DE）的方向发展。InteroperableGIS互操作地理信息系统（InteroperableGIS）是GIS系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。3D&4DGIS三维（四维）地理信息系统（3D&4DGIS）目前研究重点集中在三维数据结构的设计，优化与实现，以及体视化技术的运用，三维系统的功能和模块设计等方面。

ComGIS面向对象和构件技术的地理信息系统（ComGIS）是把GIS的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终GIS应用。WebGIS基于WWW的地理信息系统（WebGIS）是利用Internet技术在Web上空间信息供用户浏览和使用。DigitalEarth它是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源，从而完成数字地球的核心功能，光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量数据的传输任务。

“3S”是全球卫星定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的合称。“3S”集成技术提供了对地球系统进行长期的立体的监测能力，为收集、处理和分析地球系统变化的海量数据提供了工具。在大型工程中，如三峡工程、南水北调、西气东送等，都具有施工范围大、战线长、物流量大、施工周期长、土方工程大等特点。“3S”技术为大型工程提供了最有效的数据和信息采集、分析处理、表达决策的工具。“3S”集成技术将在大型工程中贯穿从勘测、设计、质量监控、安全监控、竣工验收到运行监控管理的一切阶段。

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【关键词】卫星遥感影像；影像处理；石油物探测量；测量草图

随着遥感技术的不断进步，遥感影像的分辨率越来越高，并可以从地面操控遥感卫星拍摄最新的影像图，现势性强，能够在施工前几个月甚至几星期获得。这些特点启发我们考虑使用卫星遥感影像取代传统地形图，在施工前购买各个工区范围内的遥感影像资料，经过技术处理后应用于地震生产。

一、遥感及遥感影像

1遥感

遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。

遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

2遥感影像及其精度

遥感影像主要是指航空像片和卫星像片，它可以较为真实地展现地球表面物体的形状、大小、颜色等信息。这比传统的地图更容易被大众接受，影像地图已经成为重要的地图种类之一。

遥感影像上具有丰富的信息，多光谱数据的波谱分辨率越来越高，可以获取红边波段、黄边波段等。高光谱传感器也发展迅速，我国的环境小卫星也搭载了高光谱传感器。从遥感影像上可以获取包括植被信息、土壤墒情、水质参数、地表温度、海水温度等丰富的信息。这些地球资源信息能在农业、林业、水利、海洋、生态环境等领域发挥重要作用。

遥感影像的分辨率是用于记录数据的最小度量单位，一般是用来描述在显示设备上所能够显示的点的数量（行、列），或在影像中一个像元点所表示的面积。像元相当于电视屏幕上的一个点，相当于计算机显示屏幕上的一个像素。当分辨率为1km时，一个像元代表地面1km×1km的面积；当分辨率为1m时，图像上的一个像元相当于地面1m×1m的面积。随着高空间分辨力新型传感器的应用，遥感影像的空间分辨率已经从1km、500m、250m、80m、30m、20m、10m、5m发展到1m以内。

3GoogleEarth中的遥感影像

3.1GoogleEarth

GoogleEarth是全球最大的搜索引擎公司Google投资300多亿美元于2005年6月推出的以网络为平台的地图服务系统。GoogleEARTH的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。其卫星影像部分来自于美国DigitalGlobe公司的QuickBird（快鸟）商业卫星与EarthSat公司，航拍部分的来源有BlueSky公司、Sanborn公司、美国DigitalGlobe公司的QuickBird（快鸟）、美国IKONOS及法国SPOT5。

GoogleEarth提供的遥感影像有如下特点：（1）解析度高，可以清楚看到公路上的斑马线；（2）遥感影像图片完整，可实现全球任何区域的无缝拼接；（3）使用方便，操作简单；（4）可免费使用。

3.2利用TBC将物理点展在GoogleEarth中TBC，即TrimbleBusinessCenter，是美国Trimble（天宝）公司的新一代后处理软件。TBC不仅能够处理GNSS（包含GPS和GLONASS）数据，还可以处理全站仪、水准仪、3D扫描仪数据。

TBC软件支持导出叠加到GoogleEarth里的图像，可以实现将TBC软件里的测量数据直接导入GoogleEarth展现。

二、遥感影像在物探测量中的应用

1遥感影像预处理

为保证所使用的遥感影像的精度，首先要对获得的遥感影像进行影像预处理。遥感影像预处理最重要的一步是几何精校正。由于许多现有地形图的比例达不到影像的空间分辨率要求，所以采用实地进行GPS定位的方法来帮助校正。在图上均匀布设一定数量的地面控制点，然后组织经验丰富的内外业技术人员进行现场测量，保证控制点的精确度，最后由内业人员完成遥感影像的校正工作，从而确保遥感影像的精度。

2遥感影像的应用

2.1辅助工区踏勘

以往对物探新工区的了解只是通过地形图上描绘的地形、地貌进行简单地实地踏勘，由于受工区范围、地形与地物交通等条件的影响，不能做到完全、详细地了解。现在采用遥感影像后，地形、地物的现势性增强了，对新工区的踏勘可以根据卫星遥感照片有重点、有目标地进行。

2.2辅助测量草图的绘制

利用高分辨率、高精度的遥感影像作为底图，在AutoCAD制图软件中进行电子草图的绘制，将高分辨率卫星影像上的河流、湖泊、居民房、公路、油井等特殊地物的轮廓精确的绘制出来，然后通过外业测量人员记录的原始草图加以补充（管线、高压线的位置）和修正，这样可以为测量草图的绘制工作节约大量的时间，并且可以极大的提高草图绘制的效率和准确度。

2.3辅助物理点点位偏移设计

高精度遥感影像能够精确地表示出各种地物的位置信息，因此可以根据这些特殊地物的位置来设计激发点的点位偏移。在施工之前，首先利用遥感影像对激发点进行室内设计，然后交给外业测量人员进行实地放样，从而可以有效地提高激发点的一次测量成功率。

2.4指导物探测量施工

在物探测量工作中，利用高精度的遥感影像，可以知道工区内外较大范围的地形、地貌情况，为项目运作、指挥提供精确的信息和帮助。利用AutoCAD、TGO等软件，把整个工区的测线或物理点匹配到遥感影像上，进行测线附近的遥感影像的判读，分析出测线所经过的地形、地物、障碍物的大小和分布特点，便于精心组织生产和后勤转运。

在高精度遥感影像的辅助以及原始测量草图的帮助下，工区内道路信息越来越精确详细，由此绘制出工区内道路分布图，对照此图安排每日工作任务，既能减少每天出工时车辆在找路上花去的时间，也可以根据工区内的道路分布制定出合理的工作计划，如每天提前安排好车辆接送测量员的路段，尽量保证各个测量小组的上下车的地点相距不会太远，从而减少车辆在接送人时花费的时间。

三、应用效果小节

1遥感影像应用于物探施工中能够为施工人员提供准确的地形、地貌、道路信息。

2高精度的遥感影像辅助测量草图成图，不但可以使测量草图更加精确，还大大缩短了测量草图的出图时间。

3遥感影像的应用使点位偏移更加合理，既节省了时间，又保证了施工质量，提高了一次测量成功率。

4利用遥感影像绘制工区交通图，节省了作业时间，提高了劳动效率。

四、结束语

随着科学技术的不断进步，物探测量工作数字化和信息化的步伐势必会越来越快。高分辨率遥感影像如今的应用已经越来越广，相信快速发展的遥感技术将会给物探测量带来更大的促进和发展。

参考文献：

[1]孙家柄.遥感原理与应用.武汉：武汉大学出版社.2009

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关键词：航空摄影测量；地理信息系统；GPS测量技术；遥感技术；测绘

中图分类号：P228文献标识码：A

随着现代人造卫星技术、微电子技术及计算机技术的飞速发展，建立在这些技术基础上的甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、全球定位系统(GPS)等空间大地测量技术，已可以精度测定地球的整体运动(地球的自转和极移等)和局部运动(板块运动和区域性地壳形变等)，这些同惯性测量、卫星重力梯度仪、卫星测高等新技术的研制和应用一起，推动了整个测绘的发展，使之从单一学科的封闭状态向着与天文、地质、海洋、大气、地球物理等学科互相渗透、交叉、综合发展的方向前进。目前在测绘工程中常用的航空航天测绘技术有：航空摄影测量技术、地理信息系统技术、GPS测量技术以及遥感技术。现简要分述如下。

1航空摄影测量技术在测绘中的应用

随着科技进步，航空摄影测量技术广泛应用于城市测绘、复杂地形及国界等测绘区域。目前，航空摄影测量技术发展迅速，测绘技术向数字化转变，出现了数字航摄仪DMC、IMU/DGPS新技术、LIDAR激光测高扫描系统等摄影测量新技术。

1.1数字航摄仪DMC

数字航摄仪DMC是一种用于高精度、高分辨率航空摄影测量的数字相机系统。DMC数字航空相机由四个全色传感器和四个多波段传感器组成。DMC航空相机通过四个多波段传感器分别捕捉红色、蓝色、绿色及近红外数据；而四个全色传感器分别捕捉的影像，依靠少量的重叠区域生成一个大的镶嵌影像。DMC能够满足小比例尺和高分辨率大比例尺航摄业务的需要。该系统在不同的光线条件下，通过改变曝光时间，确保影像质量，其对地面分辨率可达到5cm。

低空数字航空摄影测量以2000万像素以上的小像幅数码相机为传感器，采用无人飞机进行低空航摄，具有机动、快速、经济等优势。该技术能够在短时间获取局部区域的较高精度的高分辨率数字影像，且天气及机场的依赖性小，已广泛应用于应急保障、防灾减灾、地形测绘等领域。

1.2IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术

GPS，即全球定位系统，应用于航空摄影测量后，通过空三的方法获取角元素，部分实现了直接获取投影光束。IMU/DGPS，即惯性测量单元/差分GPS，应用与航空摄影后，可直接获取三个线元素和三个角元素，无需或只需极少数的地面控制点就可进行航空摄影测量，简化和加速航片定向乃至整个测图工作。

IMU/DGPS辅助航空摄影测量是通过联合IMU、DGPS数据联合处理后，从而获得高精度外方位元素相片的航空摄影测量理论、技术和方法。其首先通过飞机上的GPS接收机和地面或基站上的GPS接收机连续而同步地观测GPS卫星信号，然后经过GPS载波相位测量差分定位技术从而获取航摄仪的位置参数，进而应用于航摄仪紧密固连的高精度惯性测量单元直接测定航摄仪的姿态参数。IMU/DGPS辅助航空摄影测量方法主可以分为IMU/DGPS辅助空中三角测量法和直接定向法。IMU/DGPS技术可以直接获得每张像片的外方位元素，将其作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，从而获得更高精度的像片外方位元素成果的测量方法为IMU/DGPS辅助空中三角测量方法；高精度差分GPS和惯性测量单元获取航空摄影曝光时刻影像确定空间方位，而后对其进行误差的校正，从而获得每张像片的高精度外方位元素的测量方法为直接定向法。

1.3LIDAR激光测高扫描系统

LIDAR激光测高扫描系统利用GPS辅助空中三角测量技术，可以减少地面控制点，缩短作业周期，降低成本，可以真正应用于困难地区、无图区及边境区的基础测量。利用该种测量技术，在有地面控制点的四角带，完全可以满足1∶10000比例尺的地图精度要求；在地面特征丰富、影像较好时，可以达到1∶50000比例尺的精度要求。这种测量技术对于实施西部大开发战略、完善国家基本地形图有重要意义。

2地理信息系统技术在测绘中的应用

2.1数据采集

为了在数据存储中得到栅格和矢量两种形式的连续对象实体，测绘初期便要对自然界监测对象施以不同的离散和抽象。决定栅格数据集的分辨率和矢量的存储方式分别为地面单位网格宽度和利用点线面三要素来表示监测对象。当然除了这一方式，还有其他方式来存储非空间数据。传统的数据采集方法是对人工测量数据进行数字化或扫描来得到数字数据，而比较先进的方法则是通过GPS全球定位系统检测出相应坐标，接着将坐标输入到GIS系统中进行相关处理。当然，这一过程也可以通过遥感技术来完成。

2.2数据处理

属性特征、时间特征和空间特征并称为地理数据三大基本特征。属性特征又分为主观属性和客观属性，城市测绘中需要测量的设施最主要的便是城市建筑和道路。主观属性主要体现为城市道路和道路交叉口的交通量，客观属性主要为城市道路名称和道路交叉口形状。地理特征专题属性得到的信息不仅可以存在FAT表中，也可以存储在其他表中，其他表中的数据通过对象标志码与FAT形成联系。

2.3数据管理

在城市测绘中，城市道路、交叉口以及桥梁等设施，一般通过点来表示；城市道路中线及边线，通讯线的走向等则用线来表示；城市建筑物（如学校、企事业单位、商场、医院等）则通过面表示。这些数据集中起来，合理组织，则会形成一个地理数据库。在这一数据库中，所有诸如道路线、道路交叉口等则会构成城市测绘要素集；同样的，通讯线路、电力设备等则会构成数据库中的管线要素集。

2.4数据显示

一般来说，单一值地图、单一的符号、相关多重属性和相应字段属性数量表达表示等图形表达方式构成了地图特征。其中，相应字段属性数量表达则包括符号分级、颜色分级和密度值分级。在地图上，单一符号展示可以直观地看到相应对象分布的密集程度。如用点来表示城市居民的居住情况，那么就可以直观地从地图上得到相应区域居民分布情况；同样的，用线可以直观地表达相应区域的道路网密集程度。

3GPS测量技术在测绘中的应用

GPS是由美国最先研发的一种全球性的卫星定位系统，现在已经普及到全球并得到广泛应用。GPS拥有高精度、高效益、全天候等优点，可以准确、高效、快速的提供要素的三维坐标和相关的其他信息，目前主要应用的领域包括地质测量、农业发展、军事领域摄影测量等。

3.1GPS控制网在地质测绘工作中的建立

新地区进行测绘时，地质测绘人员会对该地区建立一个相应的测绘控制网。为了减小测绘的误差，测绘人员可以分级别的应用GPS技术建立测绘网，并且还可以分阶段的对布设进行跟踪改变，此外对数据的核算也可以分阶段进行，这样做简单方便。

3.2野外地质测绘

在地质测绘的野外测绘工程中GPS也发挥着巨大的作用。在野外地质测绘过程中应用GPS技术可快速进行选址，特别是对于那些山区等复杂的地质测绘选址中GPS技术更具有明显的优势。即使是应用GPS技术进行选址，也需要测绘工作人员的慎重考虑，目的是确保测绘工作得以顺利进行。此外，GPS技术不仅应用于选址定点，还可以静态监测野外地质的测绘工作。对于地面上的一些情况，GPS技术可利用遥感技术和卫星对其实施监测。野外地质测绘所使用的一些参考数据也是应用GPS技术获得的，GPS技术监测到地面上的数据，然后对这些数据进行分析，结果可为野外地质测绘服务。

3.3对数据文件进行处理

GPS测量数据处理的主要内容有GPS网平差和基线解算。只有解算基线，详细分析检验数据文件，修复数据中出现的误差与漏洞，才能把详细精确地数据提供给地质测绘。地质测绘所用的数据主要是先通过GPS技术获取，接着对获取的数据进行整体分析，数据的这种一系列分析不仅为数据的精确性提供保障，还优化了地质测绘的效率。

3.4GPS实时动态定位技术的应用

新的坐标转换模型可在控制网解算之后建立。要想对测绘区域内的地形图进行测量，首先，确定基本控制点，基本控制点就是应用GPS实时动态定位技术在测绘区域内对控制点加密，然后，就可以应用GPS实时动态定位技术对区域内地形图进行测量。GPS实时动态定位技术的应用不仅保证了地形图的精准度，而且还在很大程度上节约了户外作业时间。在地质测绘中应用GPS实时动态定位技术使测绘工作变得更加容易，GPS实时动态定位技术在测绘工作中发挥着不可替代的作用。

3.5测量勘探线剖面选址

为了确定施工地点的高程和坐标，可应用GPS技术对于地质测绘中的各个地点进行有效测定，测定结束后可获得一系列的数据，获得数据后就可以很快的整理资料，紧接着就可以绘制出所测地形的剖面图。剖面图绘制好以后，就可以根据它选择视野开阔地势平坦的地区进行施工。

4遥感技术在测绘中的应用

遥感是由空基系统、地基系统和研究技术支持系统组成，利用各种非接触的、远距离的探测技术，根据地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，获取信息，经记录、传送、分析和判读识别他物。

遥感技术具有获取数据资料范围大、获取信息速度快、周期短、受条件限制少、手段多、信息量大等特点。

遥感对地观测技术是当代高新技术的重要组成部分，具有时效性好、宏观性强、信息量丰富等特点。利用GPS监测地质灾害体的形变与蠕动情况，从卫星遥感图像上可实时反映灾时情况，监测重点灾害点的发展趋势，增强地质灾害发生的预见性。遥感技术在地质测绘中广泛应用，在大比例尺地质测绘和地质制图中，遥感与地质的符合程度和可兼容程度有了很大的改进，真实地反映地质事实，有利于促进地质矿产持续发展。

此外，地质图上对岩浆岩、变质岩等地质结构的描述比较粗略，常规地质图则记述简单。由于遥感地质资料在各类钻井、物探资料等运用过程中表现出了较强的可靠度，如利用遥感资料将各种各样的隐伏地质信息、隐蔽地质界限等，补充到这类地区的地质图上去，可大大改善其地质研究程度，所以将遥感技术应用于地质测绘，开展大比例尺地质填图，也必将大幅度提高大比例尺地质图件的精度和专业水平，加快详细地址测绘、专业勘测的进度。

参考文献

[1]卢国明.遥感技术在测绘科学中的应用[J].企业导报，2011，11