雷射,被譽為「最快的刀」「最準的尺」和「最亮的光」,是20世紀以來繼原子能、計算機、半導體等之後人類的又一重大發明。
雷射具有定向發光、亮度極高、顏色極純、能量密度極大等特點,其原理雖然早在20世紀初就已被科學家發現,但直到20世紀60年代雷射器才被首次成功研製出來。這種神奇之光一問世,便展示出了廣闊的應用前景,並獲得了飛速發展。目前,在一些科技強國除將先進雷射技術廣泛用於通信、微電子、精密儀器等尖端領域外,一種新興的雷射點雲術也正在異軍突起。
積點成雲,雷射還能這樣用
當一束雷射照射到物體表面時,所反射的雷射會攜帶方位、距離等信息。若將雷射束按照某種軌跡進行掃描,便會邊掃描邊記錄到反射的雷射點信息,由於掃描極為精細,則能夠得到大量的雷射點,因而就可形成雷射點雲。
在探索雷射點雲之前,人們對雷射的應用主要還集中在利用雷射定向準、頻率純等特性方面,主要是對雷射點的應用。而雷射點雲,則是在雷射點基礎上,實現積點成雲,因而成為雷射應用技術領域的重要突破。
目前雷射點雲技術應用不斷拓展,尤其在軍事、國防建設以及軍隊遂行多樣化任務中,均可大顯身手。據悉,目前國際上已將雷射點雲新技術應用於災後重點地區的環境檢測等方面,通過比對分析不同時間雷射掃描得到的山體圖像,便能夠實現山體滑坡或塌方等重大險情的準確預報。
三維信息,巧識廬山真面目
雷射點雲新技術通過雷射掃描的方法,可實現對目標從整體到局部的高精度測量,從而獲取目標線、面、體、空間等三維數據,建立目標三維數字模型,所以此項新技術本領超常,最善識「廬山真面目」。
掃描速度快:雷射點雲掃描技術可以在短時間內獲取目標的三維信息,目前較先進的雷射點雲掃描儀掃描速度已達到一百萬點每秒以上。
掃描精度高:雷射點雲掃描能以高精度的方式獲取目標的表面特徵,測距精度在50米的距離上可達到毫米級和亞毫米級。
非接觸測量:由於測量過程為非接觸方式,所以能夠很好保護被測對象,能安全測量貴重物品、易損物品、危險物品。
三維空間目標直接生成:可以直接在點雲上獲取三維坐標、距離、方位角等,數據直觀,甚至可直接用於三維軟體設計。
測程遠:目前雷射點雲測程在國際上已可以達到兩千米甚至更遠的距離。
精確掃描,營造數位化戰場環境
雷射點雲掃描作為一種快速發展的新興技術,在軍事領域顯示出了廣闊的應用前景。例如,在國外,雷射點雲掃描已經用於裝備部件數位化,進而實現計算機虛擬裝配,支持武器的設計與改進。在武器質量鑑定領域,雷射點雲掃描可以發現極其細微的差別,因而可嚴把武器裝備出廠時的質量鑑定和驗收關。在軍事訓練方面,雷射點雲技術可以實現對大範圍的戰場環境進行數位化營造,從而建立起逼真的作戰訓練環境。目前,國外軍事專家還在論證戰時利用雷射點雲新技術進行戰場掃描,欲實現武器毀傷效果評估,為聯合作戰提供精確的決策情報支持。
大顯身手,虛擬與現實互動
有專家很形象地說:我們原來都是把虛擬的東西現實化,現在是把現實的東西虛擬化,而雷射點雲則是完成這一重要過程的橋梁和媒介。
雷射點雲技術應用,既有利於國民經濟建設,又有益於國防建設領域,可廣泛用於汽車、輪船、飛機等複雜形狀和結構的研究製作,從而大大縮短產品設計和生產周期,全面提高產品質量和降低生產成本。
雷射點雲用於工程測繪領域更是身手不凡,從地形測量、採礦測量、地質研究,到建築、橋梁、鐵路、隧道、港口等工程,三維雷射掃描技術作為全新的技術手段可使工程建設更簡捷,數據結果更準確、更快速,使綜合效益顯著提高。此外,雷射點雲技術還廣泛適用於對樹木、地表、雕塑等複雜結構對象的深度研究,同時還能廣泛應用於考古、藝術品複製、環境監測等眾多領域,因而此項新技術在當今資訊時代已愈來愈受到世界各國的青睞。 (解放軍報 作者:曹裕華 高化猛 江鴻賓 )
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