激光测距仪在林业上的应用 激光测距仪如何使用

数据采集用于林业资源清查，即树高、可作商业性用材的高度，植被绘制，野生特殊树种、优良树种定位，确定区域内树的等级及经济价值，或在进行栽培管理研究时如修枝，决定产生特定高度的地方的树位置，绘制伐木量剖面图，确定资源边界；在收成木材考虑捆堆木材方法时，用于捆堆木材通道的地形测定、绘制，以及用作通用目的的道路和崎岖小道施工前调查是很重要的。使用以往可使用的常规调查、航空摄影和GPS定位都可能遇到各种问题（例如：成本，准确度，障碍物等）。 激光测距仪在林业上的应用 野外数据采集是一个长期困扰测量人员、制图员、GIS数据库管理人员、工程师和研究人员的问题。问题很简单：就是如何高效、准确地收集定位和物理特征数据，用于制图、编目、资源清查和存入数据库。 在某一给定情况下，找出这一问题的结果是令人烦恼的。因为： （1）可能有很多方法和技术可以使用； （2）在绝大多数情况下，没有一种方法能单独提供完整而令人满意的结果。 激光技术的应用，尤其是美国激光技术公司（LTI）研制的激光测距仪自1990年由美国农业部林业局作为野外测量样机并进行评估其未来发展应用以来，日趋完善，并可与数据采集器、GPS连接，而且可配置丰富的各种软件，使林业测量由手操罗盘、绳带、倾斜仪和旧式望远镜推进到单人操作、全站位、全面综合的多用途仪器时代。 LTI设计的测量系统适合基本植被资源和木材销售巡查和规划测定，伐木量分布图和道路调查测量等的需要。至1993年6月，美国林业局已购买这些仪器超过150台。在美国农业部林业局在野外规划使用中，该激光测距仪不但功能完备、**和耐用，而且节省成本，特别是对目标不清楚的地方。从爱达荷北部的灌木地到阿拉斯加东南的大雨林都证明了这一点。 资源辽阔的国内，有着丰富的林业资源。随着改革开放带来的大规模生产，林业在国民经济中的重要地位日渐显著，商用木材需求激增。如何规划林业的发展，对林业资源更高精度的测量，以木材销售为重点的更**的林业资源清查和编目，成为林业部门重要的议题。我们把激光测量技术介绍进来，将有助于推动我国的林业测量技术迈进新时代。 多功能激光测量系统的用途 （一）距离测量----距离测量为本仪器主要功能，可直接显示水平距离或倾斜距离。 （二）方位角----可直接显示测量目标的磁方位角，或者相对方位角。 （三）倾斜角----可以显示倾斜角度（垂直角）或倾斜百分率。 （四）目标坐标程序----目标程序功能即测量上所谓定址或定桩（放样）的功能，即在已知点上将其坐标（X，Y，Z）输入仪器，对准测量目标量测可以立即显示测定位置的坐标。 （五）高度测量----利用三角试验方法（俯、仰角及水平距离）来测量物体高度，包括树木高度、建筑物高度等。 （六）测量功能----本仪器具有另一项特殊功能程序，可直接进入测量功能，进行测量工作并自动存储方位角、距离、倾斜角等资料，并可输入电脑，经PC软件计算处理。 （七）导航功能----因具有磁通罗经仪，可以担任导航功能。 多功能激光测量系统在林业上的应用探讨 （一）林地测量 由于多功能激光测量系统结合激光测距与电磁式数字罗经于一身,其测距、测角精度均较罗盘仪、测绳高出甚多，实为林地测量佳新仪器。 根据测试多功能激光测量仪应用于林地测量之优点为： 1）操作简易，测量锁定甚快、精度高。仪器可以自动纪录数据，电脑传输，无人为笔误。 2）数字仪表板自动显示，无人为目视判读误差。 3）节省人力及时间。4 ）附有处理软件，可做点、线、导线之处理及闭合差、面积等之计算，并可连接印表机或绘图仪，直接绘出测量图形。 （二）多功能激光测量仪与GPS结合 引进多功能激光测量仪当初主要与GPS相结合，即GPS在地形受限制地区配合多功能激光测量仪进行测量。 具体应用： 1）滥垦地取缔与清查 利用激光测量仪与GPS、GIS及其软件相结合，配合便携式电脑来进行环境监控为目前各学术机构热门的研究工作项目。在林业上则为滥垦地取缔与清查应用，但由于GPS使用时可能会受到地形限制，尚需进一步研究与测试。此外也可结合数码相机，将违规情形拍摄，存档，以供取缔之证据。 2）租地清查 多功能激光测量仪与GPS结合进行租地清查工作，不但速度快，且**度亦较高。此外亦可将数字化图档预先输入便携式电脑，携带至现场进行清查对比工作。 3）区外保安林清查 目前本局区外保安林清查，均采用电子平板仪进行清查及放桩工作。但由于三角点不足，常造成清查工作缓慢。如能利用公分级GPS进行布点，然后利用激光测量仪进行施测，并利用目标坐标程序功能进行放桩工作，应可加速清查工作，并减少事后图籍数据化工作。 多功能激光测量仪较传统罗盘有精度高、免记录、免绘图、免拉测绳、免砍草、省时省工及电脑处理、绘图等优点，经实地测试及现场操作，均较以往仪器超出甚多，值得推广 战术和战略用脉冲激光测距仪主要包括红宝石、Nd∶YAG、CO2、喇曼频移Nd∶YAG和Er∶玻璃等脉冲激光测距仪。 1.红宝石脉冲激光测距仪0.69μm的红宝石脉冲激光测距仪是代军用激光测距仪，其结构简单，紧凑。因工作波长属近红外绿光，极易暴露目标，加上对人眼极不安全，目前除少数应用外已被淘汰。 2.Nd∶YAG脉冲激光测距仪 Nd∶YAG脉冲激光测距仪的主要优点是隐蔽性、电效率和脉冲重复工作频率大大优于红宝石激光测距仪，因而从60年代后期开始广泛装备部队；主要缺点：①工作波长为1.06μm，相对说来较短，在大气中的衰减较大，不完全适合自然雾和战场烟幕等环境条件；②1.06μm波长被发射后经人眼聚焦进入视网膜，在很短的距离上若不加防护观察，可以使人眼**致盲；③1.06μm波长不与8~12μm热成像系统兼容。而Nd∶YAG脉冲激光测距仪目前仍具有无法取代的独特优点，加上装备量已扩大到陆、海、空三军，目前仍在以下几方面广泛应用。(1)战场指挥员、步兵侦察员、炮兵前沿指挥观测员以及舰队基地指挥员、海军陆战队员用手持瞄准观察和测距。 (2)现代作战坦克和装甲车采用Nd∶YAG脉冲激光测距仪作为火控系统的总体部件，以改善主要作战武器的精度。(3)广泛用于对空防御系统，提高对抗高速飞机和机动性大的武装直升机的跟踪精度。(4)Nd∶YAG激光测距仪―目标指示器是国外应用**早的激光武器。目前，这种武器系统仍然是激光制导炸弹、导弹和火炮的远距离**制导武器，并为双功能激光测距―目标指示器采用人眼安全的喇曼频移Nd∶YAG激光器实现**制导打下了基础。3.CO2脉冲激光测距仪 CO2脉冲激光测距仪是70年代末和80年代中期主要针对1.06μm的Nd∶YAG激光测距仪的缺点发展起来的新一代人眼安全激光测距仪。其主要优点有：①大气穿透能力优于Nd∶YAG激光波长，能在较低能见度和战场烟幕等大气条件下工作；②能与8~12μm波段内的典型热成像系统兼容并可共用接收光学系统和探测器，能有效实现热成像仪能探测到的绝大多数目标；③能实现对人眼安全。主要缺点是：①10.6μm的CO2激光波长极易被水分子(H2O)吸收衰减，在大气中含水蒸汽密度大的睛天和潮湿条件下，限制了它的**大测距能力，特别是雨天和目标被雪覆盖时，目标呈现多镜面对称反射，对CO2激光波长测距不利； ②10.6μm的CO2激光波长对战术目标的反射系数低于1.54、1.06和0.69μm的激光波长。 4.喇曼频移Nd∶YAG和Er∶玻璃脉冲激光测距仪 喇曼频移Nd∶YAG和Er∶玻璃脉冲激光测距仪也和CO2一样发展于70年代末和80年代中期，主要优点是：①大气穿透能力高于1.06μm的Nd∶YAG激光波长而低于CO2激光波长；②对目标的反射系数和在睛天、高温度条件下测距时，其性能高于CO2激光波长并与Nd∶YAG激光波长相当；③对人眼的安全性高于CO2激光波长。缺点是由于1.54μm波长属中红外波段，不能与8~12μm的热成像系统兼容，加上转换效率低、脉冲能量小和重复工作频率低(喇曼频移Nd∶YAG除外)等限制了它们的应用。此外，Er∶玻璃材料制作困难，而且光探测器InGaAs-APD目标仍存在某些技术问题有待解决。其中：(1)喇曼频移Nd∶YAG激光器它采用Nd∶YAG激光器并在高压甲烷气体中受激喇曼散射(SRS)，把1.06μm波长频移到1.54μm。因此，激光器与Nd∶YAG一样结构紧凑，但价格高而结构复杂。频移波长1.54μm经测距仪发射后进入人眼视网膜以前被人眼的液体部位吸收和耗散掉了，实现了对人眼安全。这类激光测距仪在军用上为步兵和炮兵前沿侦察、对空防御和坦克火控提供人眼安全及较廉价的激光测距仪器。(2)Er∶玻璃激光器它采用掺入铒元素的玻璃激光棒并用闪光灯泵浦，直接产生1.54μm的激光输出，而不是用SRS方法频移产生1.54μm。因此，激光器的重复工作频率和输出能量都很低且寿命短，不利于高重复频率对空防御应用，一般仅用于对地面目标测距，如手持式、坦克等。