机载激光雷达ppt课件

LiDAR在农林业方面应用
激光雷达技术能够精确地获取树木和林冠下地形地貌和农作 物信息，在农业、林业调查与规划利用中，我们可以利用激光 雷达的数据，分析森林树木、农作物的覆盖率和面积，了解其 疏密程度以及不同树龄树木的情况、推算其数量，以便于人们 对森林和农业进行合理规划和利用。
LiDAR在电力行业应用
四、机载激光雷达
机载LIDAR的特点
• 一种直接测量系统（主动式）； • 能够穿透植被的叶冠； • 基本不需要地面控制点，基本不需要进入测量现场； • 24小时全天候工作； • 数据的绝对精度在0.30米以内； • 提供密集的点阵数据(点间距可以小于1米)； • 可同时测量地面和非地面层； • 具有迅速获取数据的能力。
三维 建模
三维 建模
三维 建模
针对困难复杂环境下三维地表数 据的高精度获取和处理环节，以低 空直升机作为载体的激光测量，改 变传统地形图生产的制作流程和方 法，实现1:500大比例尺数字线划 地形图的快速生成。
LiDAR在海岸工程方面的应用
传统的摄影测量技术有时不能用于反差小或无明显特征的地 区，如海岸及海岸地区。另外海岸地区的动态环境也需要经常更 新基准测量数据。机载LIDAR是一种主动传感技术，能以低成本 做高动态环境下常规基础海岸线测量，且具有一定的水下探测能 力，可测量近海水深70m内水下地形，可用于海岸带、海边沙丘、 海边提防和海岸森林的三维测量和动态监测。
四、机载激光雷达
机载 LIDAR 又称机载激光雷达，是激光探测及 测距系统的简称。机载激光雷达测量系统是一种主动 航空遥感装置，是实现地面三维坐标和影像数据同步、 快速、高精确获取，并快速、智能化实现地物三维实 时、变化、真实形态特性再现的一种国际领先的测绘 高新技术。
LIDAR是一种集激光测距、GPS（全球定位系 统）和INS（惯性导航系统）三种技术与一体的空间 测量系统 。是一种新型传感器，具有十分广泛的应用 范围和应用前景。
LiDAR在公路勘察设计应用
传统的公路勘察设计方法主要基 于航空摄影测量辅之于人工测量的 方式，但是航空摄影测量方法受天 气、地形、植被的影响和精度限制， 无法获取桥隧设计所需的1:500比 例尺高精度数据资料；而采用GPS、 全站仪等人工地面测量的方法，由 于地势陡峭、植被遮挡等原因，往 往难以施测且很难适应工程建设的 需求。
其应用已超出传统测量、遥感所覆盖的范围，成 为一种独特的数据获取方式。
四、机载激光雷达
激光测距原理 激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区
别，即由雷达发射系统发送一个信号，经目标反射后 被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定 目标的距离。
激光器到反射物体的距离(d)=光速(c)×时间(t)/2 激光束发射的频率能从每秒几个脉冲到每秒几万 个脉冲，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。结 合GPS得到的激光器位置坐标信息，INS得到的激光 方向信息，可以准确地计算出每一个激光点的大地坐 标X、Y、Z，大量的激光点聚集成激光点云，组成点 云图像。
对于规划电网线路，通过机载激光雷达测量 技术采集和处理的规划沿线数据，为电力线路优 化，外业勘测，设计施工提供数据支持与指导。
对于已建设电网线路，利用机载激光雷达测 量技术采集和处理的电网沿线数据，可以恢复电 线实际形状，自动测量电线到地面的距离和相邻 电线间距，计算垂曲度、跨度等，实现危险点预 警，以便及时调整与维修线路。
四、机载激光雷达
LiDAR数据采集及处理流程
LiDAR的应用
• 数字高程模型(DEM)的应用 • 农林业方面应用 • 电力行业应用 • 公路勘察设计应用 • 海岸工程方面应用 • 灾害监测与环境监测应用 • 数字城市应用
LiDAR在数字高程模型(DEM)的应用
和传统测绘方法相比，LiDAR具有的优势： 1、能更快捷、经济地获取高密度、高精度的大面积的高程数据。 2、建筑物和植被阴影对周围物体测量不造成的影响 3、在其他的测量仪器难以到达的区域具有独特的优势 4、Lidar直接获取三维坐标，无需对DEM数据进行正射校正。
四、机载激光雷达
激光雷达工作原理图
四、机载激光雷达
机载激光雷达设备 机载激光雷达测量系统设备主要包括三大部件：
机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统POS （包括全球定位系统GPS和惯性导航仪IMU）。
四、机载激光雷达
POS系统：
POS系统部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态， 其中GPS确定空间位置，IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航 向角数据。
四、机载激光雷达
激光扫描仪： 机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，
测量地形同时记录回波强度及波形激光扫描仪，是 LiDAR的核心，一般由激光发射器、接收器、时间间 隔测量装置、传动装置、计算机和软件组成。
线激光器发出的光平面扫描物体表面，面阵CCD 采集被测物面上激光扫描线的漫反射图像，在计算 机中对激光扫描线图像进行处理，依据空间物点与 CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息，得到 物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三 维模型。
LiDAR在灾害监测与环境监测方面的应用
利用机载LIDAR产生的DEM，水文学家可以预测洪水的范 围，制定灾难减轻方案以及补救措施。也广泛应用于自然灾害 （如飓风、地震、洪水滑坡等）的灾后评估和响应。
由于激光雷达数据构成的三角网高程值可以用颜色表示不同 高度的水位，对于水利测量、水灾评估都极有用处。
机载LiDAR采用动态载波相位差分GPS系统，利用安装了 电机上与LiDAR相连接的和设在一个或多个基准站的至少两 台GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时记 录瞬间激光和数码相机开启脉冲的时间标记，再进行载波相 位测量差分定位技术的离线数据后处理，获取LiDAR的三维 坐标。
惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量 载体在惯性参考系的加速度，将它对实践进行积分，且把它 变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、 偏航角和位置等信息。
城市淹没分析
LiDAR在灾害监测与环境监测方面的应用
ห้องสมุดไป่ตู้泥石流监测
地震断裂带监测
LiDAR在数字城市方面的应用
在数字化程度越来越高的今天，基于二维城市形象系统已经 不能满足形象时代的要求，将三维空间形象完整呈现已经成为发 展的必然，也是“数字地球”的要求。因此，对快速获取三维空 间数据，模拟和再现现实生活提出了更高的要求。LIDAR系统在 城市中更能体现其不受航高、阴影遮挡等限制的优势，能够快速 采集三维空间数据和影像，房屋建模速度快，高程精度高，纹理 映射自动化程度高，能够满足分析与测量的需求，广泛用于城市 规划的大比例尺地形图获取。
城市整体规划
利用机载LiDAR数据提取城市三维建筑物模型
具有多次反射 LIDAR数据
预处理 （消除大误差）
消除树丛 （利用多次反射）
航空影像
生成DEM
分类地面点
三维数字 建筑物模型
生成DOM
提取建筑物 矢量轮廓
删除地面点 清除噪声和碎片
得到建筑物点
矢量数据采集和3D建模
George Vosselman 2005