數(shù)據(jù)采集用于林業(yè)資源清查，即樹高、可作商業(yè)性用材的高度，植被繪制，野生特殊樹種、優(yōu)良樹種定位，確定區(qū)域內(nèi)樹的等級及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，或在進(jìn)行栽培管理研究時(shí)如修枝，決定產(chǎn)生特定高度的地方的樹位置，繪制伐木量剖面圖，確定資源邊界；在收成木材考慮捆堆木材方法時(shí)，用于捆堆木材通道的地形測定、繪制，以及用作通用目的的道路和崎嶇小道施工前調(diào)查是很重要的。使用以往可使用的常規(guī)調(diào)查、航空攝影和GPS定位都可能遇到各種問題（例如：成本，準(zhǔn)確度，障礙物等）。

激光測距儀在林業(yè)上的應(yīng)用  

野外數(shù)據(jù)采集是一個(gè)長期困擾測量人員、制圖員、GIS數(shù)據(jù)庫管理人員、工程師和研究人員的問題。問題很簡單：就是如何高效、準(zhǔn)確地收集定位和物理特征數(shù)據(jù)，用于制圖、編目、資源清查和存入數(shù)據(jù)庫。  

在某一給定情況下，找出這一問題的結(jié)果是令人煩惱的。因?yàn)椋?nbsp; 
（1）可能有很多方法和技術(shù)可以使用；  
（2）在絕大多數(shù)情況下，沒有一種方法能單獨(dú)提供完整而令人滿意的結(jié)果。  


激光技術(shù)的應(yīng)用，尤其是美國激光技術(shù)公司（LTI）研制的激光測距儀自1990年由美國農(nóng)業(yè)部林業(yè)局作為野外測量樣機(jī)并進(jìn)行評估其未來發(fā)展應(yīng)用以來，日趨完善，并可與數(shù)據(jù)采集器、GPS連接，而且可配置豐富的各種軟件，使林業(yè)測量由手操羅盤、繩帶、傾斜儀和舊式望遠(yuǎn)鏡推進(jìn)到單人操作、全站位、全面綜合的多用途儀器時(shí)代。  

LTI設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)適合基本植被資源和木材銷售巡查和規(guī)劃測定，伐木量分布圖和道路調(diào)查測量等的需要。至1993年6月，美國林業(yè)局已購買這些儀器超過150臺(tái)。在美國農(nóng)業(yè)部林業(yè)局在野外規(guī)劃使用中，該激光測距儀不但功能完備、精確和耐用，而且節(jié)省成本，特別是對目標(biāo)不清楚的地方。從愛達(dá)荷北部的灌木地到阿拉斯加?xùn)|南的大雨林都證明了這一點(diǎn)。  

資源遼闊的國內(nèi)，有著豐富的林業(yè)資源。隨著改革開放帶來的大規(guī)模生產(chǎn)，林業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位日漸顯著，商用木材需求激增。如何規(guī)劃林業(yè)的發(fā)展，對林業(yè)資源更高精度的測量，以木材銷售為重點(diǎn)的更精確的林業(yè)資源清查和編目，成為林業(yè)部門重要的議題。我們把激光測量技術(shù)介紹進(jìn)來，將有助于推動(dòng)我國的林業(yè)測量技術(shù)邁進(jìn)新時(shí)代。  

多功能激光測量系統(tǒng)的用途  
（一） 距離測量----距離測量為本儀器主要功能，可直接顯示水平距離或傾斜距離。  
（二） 方位角----可直接顯示測量目標(biāo)的磁方位角，或者相對方位角。  
（三） 傾斜角----可以顯示傾斜角度（垂直角）或傾斜百分率。  
（四） 目標(biāo)坐標(biāo)程序----目標(biāo)程序功能即測量上所謂定址或定樁（放樣）的功能，即在已知點(diǎn)上將其坐標(biāo)（X，Y，Z）輸入儀器，對準(zhǔn)測量目標(biāo)量測可以立即顯示測定位置的坐標(biāo)。  
（五） 高度測量----利用三角原理（俯、仰角及水平距離）來測量物體高度，包括樹木高度、建筑物高度等。  
（六） 測量功能----本儀器具有另一項(xiàng)特殊功能程序，可直接進(jìn)入測量功能，進(jìn)行測量工作并自動(dòng)存儲(chǔ)方位角、距離、傾斜角等資料，并可輸入電腦，經(jīng)PC軟件計(jì)算處理。  
（七） 導(dǎo)航功能----因具有磁通羅經(jīng)儀，可以擔(dān)任導(dǎo)航功能。  

多功能激光測量系統(tǒng)在林業(yè)上的應(yīng)用探討  

（一）林地測量  

由于多功能激光測量系統(tǒng)結(jié)合激光測距與電磁式數(shù)字羅經(jīng)于一身,其測距、測角精度均較羅盤儀、測繩高出甚多，實(shí)為林地測量佳新儀器。  

根據(jù)測試多功能激光測量儀應(yīng)用于林地測量之優(yōu)點(diǎn)為：  

1）操作簡易，測量鎖定甚快、精度高。儀器可以自動(dòng)紀(jì)錄數(shù)據(jù)，電腦傳輸，無人為筆誤。  
2）數(shù)字儀表板自動(dòng)顯示，無人為目視判讀誤差。  
3）節(jié)省人力及時(shí)間。4  
）附有處理軟件，可做點(diǎn)、線、導(dǎo)線之處理及閉合差、面積等之計(jì)算，并可連接印表機(jī)或繪圖儀，直接繪出測量圖形。  

（二）多功能激光測量儀與GPS結(jié)合  

引進(jìn)多功能激光測量儀當(dāng)初主要與GPS相結(jié)合，即GPS在地形受限制地區(qū)配合多功能激光測量儀進(jìn)行測量。  
具體應(yīng)用：  
1） 濫墾地取締與清查  
利用激光測量儀與GPS、GIS及其軟件相結(jié)合，配合便攜式電腦來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控為目前各學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)熱門的研究工作項(xiàng)目。在林業(yè)上則為濫墾地取締與清查應(yīng)用，但由于GPS使用時(shí)可能會(huì)受到地形限制，尚需進(jìn)一步研究與測試。此外也可結(jié)合數(shù)碼相機(jī)，將違規(guī)情形拍攝，存檔，以供取締之證據(jù)。  

2） 租地清查  
多功能激光測量儀與GPS結(jié)合進(jìn)行租地清查工作，不但速度快，且精確度亦較高。此外亦可將數(shù)字化圖檔預(yù)先輸入便攜式電腦，攜帶至現(xiàn)場進(jìn)行清查對比工作。  

3） 區(qū)外保安林清查  
目前本局區(qū)外保安林清查，均采用電子平板儀進(jìn)行清查及放樁工作。但由于三角點(diǎn)不足，常造成清查工作緩慢。如能利用公分級GPS進(jìn)行布點(diǎn)，然后利用激光測量儀進(jìn)行施測，并利用目標(biāo)坐標(biāo)程序功能進(jìn)行放樁工作，應(yīng)可加速清查工作，并減少事后圖籍?dāng)?shù)據(jù)化工作。  

多功能激光測量儀較傳統(tǒng)羅盤有精度高、免記錄、免繪圖、免拉測繩、免砍草、省時(shí)省工及電腦處理、繪圖等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)地測試及現(xiàn)場操作，均較以往儀器超出甚多，值得推廣  戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略用脈沖激光測距儀主要包括紅寶石、Nd∶YAG、CO2、喇曼頻移Nd∶YAG和Er∶玻璃等脈沖激光測距儀。

1.紅寶石脈沖激光測距儀

0.69μm的紅寶石脈沖激光測距儀是第一代軍用激光測距儀，其結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。因工作波長屬近紅外綠光，極易暴露目標(biāo)，加上對人眼極不安全，目前除少數(shù)應(yīng)用外已被淘汰。

2.Nd∶YAG脈沖激光測距儀

Nd∶YAG脈沖激光測距儀的主要優(yōu)點(diǎn)是隱蔽性、電效率和脈沖重復(fù)工作頻率大大優(yōu)于紅寶石激光測距儀，因而從60年代后期開始廣泛裝備部隊(duì)；主要缺點(diǎn)：①工作波長為1.06μm，相對說來較短，在大氣中的衰減較大，不完全適合自然霧和戰(zhàn)場煙幕等環(huán)境條件；②1.06μm波長被發(fā)射后經(jīng)人眼聚焦進(jìn)入視網(wǎng)膜，在很短的距離上若不加防護(hù)觀察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm波長不與8~12μm熱成像系統(tǒng)兼容。而Nd∶YAG脈沖激光測距儀目前仍具有無法取代的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，加上裝備量已擴(kuò)大到陸、海、空三軍，目前仍在以下幾方面廣泛應(yīng)用。

(1)戰(zhàn)場指揮員、步兵偵察員、炮兵前沿指揮觀測員以及艦隊(duì)基地指揮員、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員用手持瞄準(zhǔn)觀察和測距。
(2)現(xiàn)代作戰(zhàn)坦克和裝甲車采用Nd∶YAG脈沖激光測距儀作為火控系統(tǒng)的總體部件，以改善主要作戰(zhàn)武器的精度。
(3)廣泛用于對空防御系統(tǒng)，提高對抗高速飛機(jī)和機(jī)動(dòng)性大的武裝直升機(jī)的跟蹤精度。
(4)Nd∶YAG激光測距儀―目標(biāo)指示器是國外應(yīng)用比較早的激光武器。目前，這種武器系統(tǒng)仍然是激光制導(dǎo)炸彈、導(dǎo)彈和火炮的唯一遠(yuǎn)距離精確制導(dǎo)武器，并為雙功能激光測距―目標(biāo)指示器采用人眼安全的喇曼頻移Nd∶YAG激光器實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)打下了基礎(chǔ)。

3.CO2脈沖激光測距儀

CO2脈沖激光測距儀是70年代末和80年代中期主要針對1.06μm的Nd∶YAG激光測距儀的缺點(diǎn)發(fā)展起來的新一代人眼安全激光測距儀。其主要優(yōu)點(diǎn)有：

①大氣穿透能力優(yōu)于Nd∶YAG激光波長，能在較低能見度和戰(zhàn)場煙幕等大氣條件下工作；
②能與8~12μm波段內(nèi)的典型熱成像系統(tǒng)兼容并可共用接收光學(xué)系統(tǒng)和探測器，能有效實(shí)現(xiàn)熱成像儀能探測到的絕大多數(shù)目標(biāo)；
③能實(shí)現(xiàn)對人眼安全。

主要缺點(diǎn)是：

①10.6μm的CO2激光波長極易被水分子(H2O)吸收衰減，在大氣中含水蒸汽密度大的睛天和潮濕條件下，限制了它的最大測距能力，特別是雨天和目標(biāo)被雪覆蓋時(shí)，目標(biāo)呈現(xiàn)多鏡面對稱反射，對CO2激光波長測距不利；
②10.6μm的CO2激光波長對戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的反射系數(shù)低于1.54、1.06和0.69μm的激光波長。

4.喇曼頻移Nd∶YAG和Er∶玻璃脈沖激光測距儀

喇曼頻移Nd∶YAG和Er∶玻璃脈沖激光測距儀也和CO2一樣發(fā)展于70年代末和80年代中期，主要優(yōu)點(diǎn)是：

①大氣穿透能力高于1.06μm的Nd∶YAG激光波長而低于CO2激光波長；
②對目標(biāo)的反射系數(shù)和在睛天、高溫度條件下測距時(shí)，其性能高于CO2激光波長并與Nd∶YAG激光波長相當(dāng)；
③對人眼的安全性高于CO2激光波長。缺點(diǎn)是由于1.54μm波長屬中紅外波段，不能與8~12μm的熱成像系統(tǒng)兼容，加上轉(zhuǎn)換效率低、脈沖能量小和重復(fù)工作頻率低(喇曼頻移Nd∶YAG除外)等限制了它們的應(yīng)用。

此外，Er∶玻璃材料制作困難，而且光探測器InGaAs-APD目標(biāo)仍存在某些技術(shù)問題有待解決。

其中：

(1)喇曼頻移Nd∶YAG激光器它采用Nd∶YAG激光器并在高壓甲烷氣體中受激喇曼散射(SRS)，把1.06μm波長頻移到1.54μm。因此，激光器與Nd∶YAG一樣結(jié)構(gòu)緊湊，但價(jià)格高而結(jié)構(gòu)復(fù)雜。頻移波長1.54μm經(jīng)測距儀發(fā)射后進(jìn)入人眼視網(wǎng)膜以前被人眼的液體部位吸收和耗散掉了，實(shí)現(xiàn)了對人眼安全。這類激光測距儀在軍用上為步兵和炮兵前沿偵察、對空防御和坦克火控提供人眼安全及較廉價(jià)的激光測距儀器。

(2)Er∶玻璃激光器它采用摻入鉺元素的玻璃激光棒并用閃光燈泵浦，直接產(chǎn)生1.54μm的激光輸出，而不是用SRS方法頻移產(chǎn)生1.54μm。因此，激光器的重復(fù)工作頻率和輸出能量都很低且壽命短，不利于高重復(fù)頻率對空防御應(yīng)用，一般僅用于對地面目標(biāo)測距，如手持式、坦克等。

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