机载激光雷达ppt课件
机载激光雷达技术在公路勘察设计中的应用研究
02 机载激光雷达技术概述
机载激光雷达技术原理
激光雷达技术利用激光脉冲对目标进行测距，通过测量激光脉冲往返时间差来计算 目标距离，结合GPS和IMU（惯性测量单元）技术实现高精度定位和姿态测量。
通过向地面和周围环境发射激光脉冲，机载激光雷达系统能够获取高精度、高密 度的点云数据，这些数据能够准确反映地形地貌、建筑物、植被等物体的三维坐 标信息。
04 机载激光雷达技术在公路 勘察设计中的应用
数据采集与处理
数据采集
利用机载激光雷达技术进行高精 度、高密度的点云数据采集，覆 盖公路沿线及周边区域。
数据处理
对采集的点云数据进行预处理， 包括去噪、滤波、配准等操作， 提高数据质量。
公路地形地貌测绘
地形测绘
利用机载激光雷达技术获取的高精度 点云数据，绘制地形图，反映公路沿 线的地形起伏和地貌特征。
地物识别
通过点云数据的分析和处理，识别公 路沿线的地物，如建筑物、植被、水 体等。
公路设计参数提取
道路中线提取
从点云数据中提取道路中心线，用于确定道路走向和线形设 计。
路面信息提取
分析点云数据，获取路面宽度、路面材料、路面状况等信息 ，为路面设计和改造提供依据。
公路工程量估算
土方量Байду номын сангаас算
机载激光雷达数据获取规范讲义
4. 总则
点云精度要求
息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字高程模型》和CH/T 9009.2-
表1中数字高程模型成果高程中误差取自CH/T 9008.2-2010《基础地理信
2010《基础地理信息数字成果1:5000 1:10000 1:25000 1:50000
1:100000数字高程模型》规定的一级精度。点云数据高程中误差按数
序号
比例尺
地形类别
数字高程模型成果高程中误差
点云数据高程中误差
4. 总则
平地 1 1：500 丘陵地
0.2 0.4
0.15 0.25
山地 高山地
平地
0.5 0.7
0.2 0.5 0.7
0.35 0.50
0.15 0.35 0.50
2
1：1000
丘陵地 山地
高山地
平地
1.5
0.4 0.5 1.2 1.5 0.5 1.2 2.5
10、成果整理与上交
1、范围 2、规范性引用文件
3. 术语
术语的数量和选择
• 一些通用的术语，例如POS、GPS、IMU等没有列于
• 具体定义有可能与其他地方有差异
机载激光雷达、机载LiDAR、机载激光扫描
4. 总则
总则内容和范围的选择
第2讲激光及激光雷达系统-激光雷达系统2
dP , R I , R, r p , R, r ddRdA R, r
25
射波长为到d的辐射强度 辐射强度； ；
I , R, r 表示距离在R到R+dR内的目标物质反
p , R, r 表示 r点将在距离为R到R+dR的辐射
源发射波长为到的辐射打到探测器上概率 源发射波长为到的辐射打到探测器上 概率； ；
分为外差探测 分为 外差探测， ，零拍探测 零拍探测和 和多频外差探测 多频外差探测等 等
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激光雷达外差探测原理
一般外差探测激光雷达系统由一台连续工作的激光 一般外差探测 激光雷达系统由一台连续工作的激光 器作为独立辐射源发出参考波 称为本地振荡器 器作为独立辐射源发出参考波，称为本地振荡器 器作为独立辐射源发出参考波，称为 称为本地振荡器 系统接收到的回波 信号与来自本地振 荡器的参考信号混 合之后，由混频器 输出的光束聚焦到 探测器上然后再进 行信号处理。
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零拍探测技术
本地振荡信号是来自激光发射源的部分激光辐射， 不需要另一个激光源。 不需要另 个激光源。 零拍激光雷达比普通外差激光雷达结构更简单，可 零拍激光雷达比普通外差激光雷达结构更简单，可 靠性也更好。 靠性也更好
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多频外差探测
目标与激光雷达的相对运动产生接收信号的多 普勒（Doppler）频移，可以提供有关目标的非 常精确的信息； 多频外差探测：要求接收器具有很宽的频带， 以覆盖回波信号的频率和外差探测信号频率； 但增加带宽会提高噪声水平，降低探测概率， 解决这一问题的办法是采用三频外差系统 解决这一问题的办法是 解决这 问题的办法是采用三频外差系统； 问题的办法是采用三频外差系统 ；
机载激光雷达航测技术
机载激光雷达航测技术
机载三维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。该技术基于激光测距、GPS定位、惯导测量、及航空摄影测量原理，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像等空间地理信息数据。
激光雷达工作原理图
1、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）。其中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；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；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。
机载激光雷达设备主要构成
天宝公司Harrier 68i是当今世界最强性能水平的全新一代机载三维激光雷达系统之一，在系统稳定性、硬件性能指标、软件配套等方面领先于其它同类产品。
Harrier 68i机载激光雷达测量系统
该设备具有以下特点：
➢能够接收无穷次回波的全波形数据
➢最大脉冲频率可高达40万赫兹
➢距离精度最高可为±2 cm
➢实现与GPS、INS、数码相机等设备无缝结合
➢符合激光安全标准，允许在任何高度进行安全操作
➢IMU惯导仪的采样频率高达200Hz
➢集成高精度航空数码相机，像素为6000万
2、生产流程
机载激光雷达航测作业的生产环节，主要包括航飞权申请、航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、数字高程模型（DEM）制作、数字正射影像（DOM）制作、建筑物三维白模生产等环节。
机载激光雷达海洋测深技术.ppt
? 随着技术的进一步发展，当前出现了单 色激光机载 LiDAＲ 测深系统。单色激 光机载 LiDAＲ 测深系统仅采用波长为 532nm 的蓝绿激光作为激光器发射光 源，其一部分激光束到达海面后沿原路 径反射，另一部分激光束则穿透海面到 达海底，经海底反射沿原路径返回，并 被激光接收器接收。根据二者到达接收 器的时间差，即可计算出海水的深度。 采用单色激光作为发射源，既简化系统 结构，又不需双色激光同步而提高测深 精度，是机载 LiDAＲ 测深系统的发展 趋势
? 最佳透光窗口：波长为 0. 47 ～ 0. 58μm 之间的蓝绿光表现出了衰减系数 最小的特性。
? 特点：精度高、分辨率高、灵活机动、测点密度高、测量周期短和覆盖面广； 同时测量水上、水下三维地形，不需要进行数据融合，真正实现了水陆一体 化无缝测量。
? 与多波束测深系统不同的是，机载激光测深系统由于在海底的覆盖宽度仅仅 与飞机的航高有关，而与要测量的水深无关，因此特别适合于沿岸浅水区的 全覆盖水深测量。
2020/4/16
02 机载激光测深基本原理
2020/4/16
? 双色激光机载 LiDAＲ 测深系统利用装 在飞机下部的激光发射器斜向海面发射 两种不同波长的激光束。波长为 1 064nm 的红外光因无法穿透海面而被 海面沿原路径反射，波长为 532nm 的 蓝绿光则以一定折射角度穿透海面到达 海底，并被海底沿入射路径反射，两种 波长的激光束均被光学接收系统接收。 根据两种波长激光束返回的时间差和蓝 绿激光的入射角度、海水折射率等因素 综合计算，可得出测量点的瞬时水深值。 再与定位信息、姿态信息、潮汐数据结 合，即可得到测量点在地理坐标系下的 位置和基于深度基准面的水深值。
《机载激光雷达》课件
目 录
• 机载激光雷达简介 • 机载激光雷达技术 • 机载激光雷达应用案例 • 机载激光雷达的挑战与未来发展
01 机载激光雷达简 介
定义与特点
总结词
机载激光雷达是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（ IMU）于一体的遥感技术。
详细描述
机载激光雷达通过向地面发送激光脉冲并接收反射回来的信号，能够获取高精 度的三维地形数据。它具有高分辨率、高精度、快速获取数据等优点，广泛应 用于地形测绘、城市规划、资源调查等领域。
工作原理
总结词
机载激光雷达的工作原理是通过向地面发送激光脉冲，并利 用GPS和IMU技术精确测定激光脉冲的往返时间，从而计算 出地面各点的三维坐标。
详细描述
在机载激光雷达系统中，激光发射器向地面发射激光脉冲， 地面物体反射回来的信号被接收器接收。同时，GPS和IMU 技术用于精确测定激光脉冲的往返时间，结合飞行高度和飞 行姿态信息，计算出地面各点的三维坐标。
激光发射与接收
激光发射器根据不同的应用需求 ，发射不同波长的激光束，常见 的波长有近红外、中红外和远红
外等。
接收器通常使用光电倍增管或雪 崩二极管等光电传感器，用于接 收反射回来的光束，并将其转换
为电信号。
激光雷达通过测量反射回来的光 束与发射光束的时间差，计算出
目标的距离信息。
机载激光雷达
机载激光雷达(LIDAR)
激光雷达概念：用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
激光雷达的发展进程
LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。
激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。
机载激光雷达系统组成讲解
机载激光雷达系统组成讲解
机载激光雷达系统由激光发射器、激光接收器、数据处理器、导航系统等组成。它是一种利用激光技术进行远距离探测和测量的设备，广泛应用于航空、地质勘探、测绘、军事等领域。
激光雷达是一种主动式遥感技术，利用激光束对目标进行扫描和测量。激光发射器通过发射脉冲激光束，激光束经过大气层后与目标相互作用，一部分激光束被目标反射回来，被激光接收器接收到。激光接收器将接收到的激光信号转换成电信号，并通过数据处理器进行处理和解析，得到目标的距离、速度、方位等信息。
机载激光雷达系统具有许多优点。首先，它能够实现高精度的测量。激光束的波长短，可以实现毫米级的测量精度，尤其适用于需要高精度测量的应用领域。其次，机载激光雷达系统具有较长的探测距离。激光束在大气层中传播的衰减较小，因此可以实现远距离的目标探测。再次，机载激光雷达系统具有高测量速度。激光束的传播速度非常快，可以实现高速目标的测量和探测。此外，机载激光雷达系统还具有对地形和目标的三维测量能力，可以获取目标的高程、坐标和形状等信息。
在航空领域，机载激光雷达系统被广泛应用于飞行安全监测和地形测绘。通过激光雷达系统，可以对航空器周围的地形、建筑物和障碍物进行高精度的三维测量，为飞行员提供准确的导航和避障信息，
提高飞行安全性。此外，机载激光雷达系统还可以用于地理信息系统（GIS）的建设，通过对地表地貌的测量，实现地理信息的采集和更新。
在地质勘探和测绘领域，机载激光雷达系统被应用于地形测绘和地质灾害监测。通过激光雷达系统，可以获取地表的高程和形状信息，为地质勘探和地质灾害监测提供准确的数据支持。此外，机载激光雷达系统还可以用于海洋测量和海洋资源勘探，通过对海洋表面的反射激光进行测量，可以获取海洋的波浪、潮汐和海流等信息。
什么是机载激光雷达？
什么是机载激光雷达？
机载激光雷达是一种高精度空间测量设备，广泛应用于航空、地质、
环境科学等领域。它可以通过发射激光束进行高精度测量，并且可以
快速获取目标的空间位置、形状、尺寸等信息。机载激光雷达被广泛
应用于数字航空摄影测量、地形测绘、城市规划、农业、森林资源调
查等领域。
以下是关于机载激光雷达的几个要点：
1. 工作原理
机载激光雷达通过发射控制好的激光束，在空中扫描，并且接收返回
的激光信号。从而可以非常精准地测量目标的位置、距离以及形态。
机载激光雷达可以在远距离内完成高精度测量。
激光束在遇到物体时会反弹回来，反弹的时间与速度可以计算出目标
与雷达之间的距离。同时，在细微的时间差内，激光束可以对返回信
号进行分析，确定目标物的形态和尺寸等。
2. 应用范围
机载激光雷达被广泛应用于数字航空摄影测量、地形测绘、城市规划、农业、森林资源调查等领域。例如，机载激光雷达可以在将数据处理
的情况下，创建非常精确的数字地图。此外，它还可以帮助科学家研
究气候变化、植物和动物生态学等。
3. 工作优势
机载激光雷达都有很高的空间解析度和测量精度。机载激光雷达工作
速度快，可以在短时间内覆盖大面积的三维地面数据，并且可以很方
便地获取植被、建筑物、道路网络等详细信息。
机载激光雷达还具备一些其他好处，例如自然的三维数据表达、不受
天气限制、不受遮挡限制、非常精准的遥感数据及高精度的地形数据等。
4. 发展趋势
未来，机载激光雷达还将不断发展和创新，为科学研究和人类社会做
出更大的贡献。例如，机载激光雷达可以使用更高精度的激光来实现
更高的精度测量。此外，机载激光雷达可以与人工智能算法相结合，
激光雷达简介PPT优秀课件
典型应用：用于测绘的机载Lidar系统
工作原理： 结合Lidar测距，从GPS得到激光器的位置和从INS惯性导航仪得到的激光
发射方向，就可以准确计算出每一个地面光斑的X、Y、Z的坐标。而后通过扫描 ，可获得一定地域范围的DEM(数字高程模型)。
Displacement： Self-mixing interference
D电非P子S扫S扫发描描射，，面外阵差探接测收器，
集成模块， DSP芯片， 成像显示
车/机载， 弹/星载
功能部 件， MOEM S，小
多波长复合， 多功能模块， 智能化模块
第 四 代
光子探 测，纳 米物理
阵列发射， 微光学系
统
微光学系统， 焦平面阵列 探测器，光
纤导光
硬软件融 合，系统 级芯片， 高分辨率， 成像显示
P≈ P0 [1+mcos(2πΔL/λ)] m=2(r3/r2) ln(R1R2)
(a) Loudspeaker, 657 Hz, vertical scale 1.2 μm div−1, timescale 200 μs div−1.
(b) Very low feedback regime C<<1, vertical scale 2 mV div−1.
以激光为载波，以 光电探测器为接收 器件，以光学望远 镜为天线，俗称“ 激光雷达”。
激光雷达PPT
• 数据分析
• 左图：风速光谱图
• 右图：为CNR函数范围符合传播的激光雷达方程图。
• 光谱图表明, (CNR)和估计的平均风速是超过1024个脉冲,对 应于0.1秒采集时间用一个简单的质心频率估计方法。完成10公 里以外风速测量的范围在0.1秒的平均时间。这是测量范围较好 的最长达到1.5μ m全光纤测风激光雷达。 • CNR下降到下限-30分贝左右。直到9公里,CNR测量是在好协 议与传播的激光雷达方程。CNR减少也可能被解释成大气动荡或 反向散射系数的减少后的边界限制。事实上,光束不是在大气中 直线传播。 • 此外,另一天测量,在13公里的最大射程达到估计风速平均超过 4096个脉冲时,获取对应0.41秒的时间。
• 结论
使用大功率线性偏振全光纤1.5μ m光纤激光应用在远程风速 测量。我们已经使用一种370μ J光纤激光器与SBS去解决过去高 功率放大器。此装置应用在10公里范围的激光雷达风速测量。这 是我们所测量最好最长的范围达到了1.5μ m全光纤风激光雷达在 0.1秒的平均时间。今后的工作将集中在减少ASE的高功率放大器 和减少M²。
•
激光多普勒测风雷达的分类
• 直探式（相对强度检测） 边缘技术 • 单边缘、双边缘 条纹技术 • 环形条纹、直列条纹 分子吸收技术 • I2分子吸收 • 相干式（直接频率检测FFT） 外差技术 • 本振光与信号光 自差技术 • 多频率发射光本身 超外差技术 • 本振光与多频率信号光
LIDAR
地面LiDAR系统的优势：
+ 速度快, 节约大量的时间, 测量完整和精确获取静 态物体精细三维坐标； + 不需要接触物体, 昏暗和夜间都不影响外业测量； + 特别适合测量表面复杂的物体及其细节的测量； + 快速和准确地确定表面、体积、断面、截面、等 值线等； + 方便将3D 模型转换到CAD 系统中。
５.主动的测量方式：主动发射激光脉冲，不依赖于 太阳光照，通过接收其回波信号进行三维数据的获 取； ６.自动化程度高：飞行方案的设计以及后期成果制 作大多由软件自动完成； ７.无需大量的地面控制工作； ８.可以测量地物（植被和建筑物）的高度； ９.可以获得多种成果：DSM、DTM、DEM、 NIR、 DOM、DLG、专题图、三维模型等。
机载激光雷达系统组成讲解
机载激光雷达系统组成讲解
机载激光雷达系统由激光发射器、接收器、控制系统和数据处理系统等部分组成。它利用激光器产生的激光束对地面、海洋或大气中的目标进行扫描和测量，获取目标的距离、速度和形状等信息。机载激光雷达系统具有高分辨率、高精度和广泛适应性等优点，在航空、地质勘探、环境监测等领域有着重要的应用价值。
激光发射器是机载激光雷达系统的核心部件之一。它能够产生高能量、高频率的激光束，并将其发射到目标区域。激光发射器通常采用固态激光器或半导体激光器作为光源，具有较小的体积和较低的功耗。通过调节发射器的工作参数，如脉冲宽度和重复频率，可以实现对激光束的控制和调节。
接收器是机载激光雷达系统的另一个重要组成部分。它主要用于接收目标反射回来的激光信号，并将其转化为电信号。接收器通常包括光电探测器、光电倍增管和前置放大器等部件。光电探测器能够将激光信号转化为电信号，光电倍增管可以放大电信号的幅度，而前置放大器则用于进一步放大电信号的强度。通过优化接收器的设计和参数选择，可以提高激光雷达系统的灵敏度和信噪比，从而提高测量的精度和可靠性。
控制系统是机载激光雷达系统的重要组成部分之一。它负责对激光雷达系统的各个部件进行控制和调节，以实现系统的正常运行和性
能优化。控制系统通常由微处理器、电路板和控制软件等组成。微处理器用于对系统进行指令的处理和执行，电路板用于连接各个部件和传输信号，控制软件则用于实现系统的自动化控制和参数调节。通过优化控制系统的设计和算法，可以提高激光雷达系统的稳定性和性能，并实现对不同目标的自动识别和跟踪。
机载激光雷达
引言激光雷达测量技术是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用.LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称，通常指机载对地激光测距技术，对地激光测距的主要目标是获取地质、地形、地貌以及土地利用状况等地表信息。相对于其他遥感技术，LIDAR的相关研究是一个非常新的领域，不论是在提高LIDAR数据精度及质量方面还是在丰富LIDAR数据应用技术方面的研究都相当活跃。随着LIDAR传感器的不断进步，地表采点密度的逐步提高，单束激光可收回波数目的增多，LIDAR 数据将提供更为丰富的地表和地物信息]1[。
1.激光雷达的发展过程]3[]2[
第1代激光雷达于1967年由美国国际电话和电报公司研制，用于开发航天飞行器交会
干涉激光雷达。1976对接用的激光雷达，1978年NASA/MFSC研制出了用于同一目的的CO
2
年用于研究地球科学的星载激光雷达一经问世就得到重视，NASA和NOAA委托美国无线电公
相干激光雷达。1988年NASA研司和帕新一爱而莫公司开发用于测量全球对流层风场的CO
2
制出激光大气风探测器，空间分辨率达到1000ｍ左右，利用不同高度背向散射测量水平风场，到了20世纪90年代，由于全固体激光技术和二极管泵浦全固态技术的迅速发展，较好地解决了制约星载激光雷达的寿命问题，开辟了高精度绘图、远程测距、环境监测、测云、测地被、测目标和非相干测风等应用邻域，发展了基于DPSS技术的差分吸收激光雷达、拉曼散射激光雷达、非相干多普勒激光雷达和生物激光雷达等，显示出巨大的经济效益和军事价值。
机载激光雷达基础原理与应用
机载激光雷达（Airborne LiDAR）是一种通过激光束扫描地面、建筑物和其他地物的遥感技术。它采用激光束发射器和接收器，通过测量激光束的传播时间和返回信号的强度来获取地物的几何信息。以下是机载激光雷达的基础原理和应用：
基础原理：
激光发射：机载激光雷达通过激光器产生短脉冲激光束，并将其发射到地面或目标物上。
激光束扫描：激光束通过旋转镜或扫描器进行快速扫描，覆盖地面上的大范围。
接收返回信号：激光束照射到地面或目标物上后，会被反射回来。激光雷达接收器接收并记录返回的激光信号。
时间测量：通过测量激光束发射和返回之间的时间差，可以计算出激光束的传播距离。
几何信息提取：通过分析返回的激光信号，包括时间和强度信息，可以计算出地面或目标物的高程、距离、形状和密度等几何信息。
应用：
地形测绘：机载激光雷达可用于生成高精度的地形模型和数字高程模型，用于地质勘探、土地规划、地图制作等领域。
森林调查：通过激光雷达获取森林的三维结构信息，包括树高、树冠密度和地面高度等，用于森林资源管理和环境保护。
建筑与城市规划：激光雷达可用于建筑物和城市的三维建模、立面分析和城市规划，为城市管理和建筑设计提供基础数据。
水文调查：机载激光雷达可用于水体的测量和水文调查，包括水位变化、河流形态、洪水模拟等，对水资源管理和防洪工程具有重要意义。
遥感和环境监测：激光雷达可以获取地表和地下的各种环境参数，如植被覆盖、土地利用、岩石结构等，用于环境监测和生态研究。
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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