激光雷达遥感 4讲机载激光雷达遥感原理与数据处理——实际操作
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省级军区、空军
民航管理局 运管中心
航飞单位或公司， 获准航飞
计划准备阶段——飞行准备
制定项目任务书
在承接航飞任务时，用户单位一般会提交 “项目任务书” ，一般由甲方提出要求，双方 技术人员共同拟定
▪ 飞行高度 ▪ 飞机型号 ▪ 航摄分区 ▪ 成果坐标系 ▪ 野外控制点量测
计划准备阶段——飞行准备
▪ 将飞行计划导出到FCMS飞行管理控制软 件中进行检查
▪ 地面模拟飞行
计划准备阶段——航线设计
提交航飞设计数据
完成航线设计之后，需要提交以下材料：
▪ 飞行记录表 ▪ 领航数据表 ▪ 飞行文件 ▪ 飞行示意图文件 ▪ kml文件
计划准备阶段——航线设计
航线设计小结
航线设计是一项细致而重要的任务，是 决定航飞任务成功与否的关键，好的航线 设计计划可以起到事半功倍的效果
1500-12000米
安30 7000 540 430 2630
6 7.7
15006000
百度文库
常用航摄飞机
计划准备阶段——飞行准备
申请航飞权、协调航空飞行
管辖军区司令部
军区空军司令部 航空管制处
省政府测绘局
项目承接单位 提供航摄申请
计划材料
▪ 飞行任务 ▪ 机场协调 ▪ 飞行协调
民航管理局、 空管局
评估飞行效率
根据测区远近、飞行高度、空域申请情况来 编排航飞航线顺序
计划准备阶段——飞行准备
其它准备工作
▪ 地面基站布设 ▪ 人员配备 ▪ 天气预报查询 ▪ 配备维护工具
计划准备阶段——航线设计
原则和方法
本着安全、经济、周密、高效的原则，以项 目成果数据精度要求为目标，充分地分析测区 的实际情况，结合激光雷达测量设备自身特点， 选择最为合适的航摄参数，为获取高质量的数 据提供基础技术保障。
计划准备阶段——航线设计
机载激光雷达与传统航摄航飞设计主要区别
传统摄影测量
机载激光雷达测量
飞行计划相对简单，需考 飞行计划相对复杂，要求较为苛刻，需考
虑高差影响
虑高差、脉冲方式、扫描角、点密度等
需考虑天气因素
需考虑天气影响，同时也需考虑背景反射 率；背景反射越弱，测距效果越好
相同飞行高度下，飞行带 飞行带宽较窄，带宽受飞行高度和扫描角
计划准备阶段——飞行准备
选择LiDAR型号
国内主要有AP3500、ALS、ALTM、 LiteMapper、TOPOSYS等产品，每个产品由 于性能和参数不同，因此选择不同的设备对于 航摄设计来说也是不同的。
计划准备阶段——飞行准备
选择飞行平台
不同的飞机性能会对雷达系统的参数设置有 不同程度的影响。主要有两个方面，一是飞行 速度，二是飞行高度。飞行速度主要影响雷达 的扫描频率的设置，飞行高度主要影响脉冲频 率的设置，进而影响点密度和精度。
计划准备阶段——航线设计
双传感器航线设计
机载激光雷达扫描系统不单单配备一个激光 扫描仪，而且还配备一架中幅面的数码照相机
▪ 重叠度匹配 ▪ 数码相机航向重叠度设置和摄影基线检查
计划准备阶段——航线设计
最终航线检查与地面模拟飞行
为了确保飞行计划的正确性。检查方法主 要有三种：
▪ 将飞行计划导出为kml格式，加载到google earth当中进行浏览
三个阶段八个方面 ：
计划准备阶段
航飞实施阶段
数据整理阶段
飞行准备
设备运输存储和 维护
航线设计
设备安装、测试
飞行操 作与数 据采集
数据检查与 质量控制
检校场布设 测量
GPS基站与地面 配合
计划准备阶段——飞行准备
掌握测区概况
首先应该熟悉实地测区的地形特点和地貌特 征。根据不同的地形条件选择和设计不同的飞 行航线。
机载激光雷达数据处理
▪机载激光雷达作业全过程介绍 ▪一个实际使用的航向规划软件操作过程 ▪GNSS差分解算 ▪GNSS+IMU组合生成状态文件程序操作演示 ▪激光点云解算操作演示 ▪三种激光点云可视化软件演示
LiDAR数据获取
▪ 综述 ▪ 飞行准备与航线设计 ▪ 检校场设计、布标、测量 ▪ 储存、运输与维护 ▪ 设备机上安装、调试与检查 ▪ 基站架设和地面配合 ▪ 飞行操作与数据采集 ▪ 数据检查、整理及质量控制
Pitch
Ze
ZI
YI
κ
Ye φ
Heading
IMU
XI
Roll
Laser
Xe ω
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场布设方案
▪ 校准控制场 ——校准LIDAR的相对和绝对 高程
航线设计软件NavGT操作， 附操作手册
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场选择及航线设计
IMU和激光扫描仪的相对位置偏移，会导致IMU 记录的角度值和激光点的角度值有一定的系统误差 。
主要包括roll、pitch、heading，pitch slope， range correction等方面的内容 。
步骤
▪ 建立航带设计工程 ▪ 设置平面坐标系和高程坐标系 ▪ 加载DEM数据 ▪ 导入设计线位 ▪ 航带设计 ▪ 重复以上步骤，完成所有航段的航线设计
计划准备阶段——航线设计
单脉冲和多脉冲
同等点间距的设计要求下，多脉冲的航 飞效率大约为单脉冲的3倍。
多脉冲的优势随着地形起伏变化的上升而 越加明显
宽更宽，覆盖面积更大
影响，容易形成漏飞区域
计划准备阶段——航线设计
工程创建
外部参考 资料
传感器选择
坐标系定义
飞行速度 扫描角度 脉冲模式 点云密度
工程建立 完成
决策选择 否
描绘初始航飞 范围
依据系统参数计算航飞 范围
重新调整计算
是否覆盖有效线位区域
流 程
是 否
参数设置是否超限差
是 成果输出
计划准备阶段——航线设计
计划准备阶段——飞行准备
常用飞机型号和基本性能
飞机类型 最高升限 最大巡航速度 正常巡航速度 最大航程 续航时间 最大爬升率
作业高度区间
运5 4000 250 180 1376
6 3
5004000
运12 8000 320 250 1440
6 12
10006000
奖状 13000米 746公里/小时 713公里/小时 3167公里 4小时 15.1米/秒
LiDAR工程的步骤
项目启动 数据获取 数据处理 精度评定 项目验收
LiDAR数据获取综述
既繁琐又细致的工作，牵扯到许许多多的因 素，需要很多单位和人员的支持和配合
包含了从飞行准备到航线设计，从飞行操作 到数据整理，从设备运输到存储维护等方方面 面与航测外业相关的作业环节
LiDAR数据获取综述
民航管理局 运管中心
航飞单位或公司， 获准航飞
计划准备阶段——飞行准备
制定项目任务书
在承接航飞任务时，用户单位一般会提交 “项目任务书” ，一般由甲方提出要求，双方 技术人员共同拟定
▪ 飞行高度 ▪ 飞机型号 ▪ 航摄分区 ▪ 成果坐标系 ▪ 野外控制点量测
计划准备阶段——飞行准备
▪ 将飞行计划导出到FCMS飞行管理控制软 件中进行检查
▪ 地面模拟飞行
计划准备阶段——航线设计
提交航飞设计数据
完成航线设计之后，需要提交以下材料：
▪ 飞行记录表 ▪ 领航数据表 ▪ 飞行文件 ▪ 飞行示意图文件 ▪ kml文件
计划准备阶段——航线设计
航线设计小结
航线设计是一项细致而重要的任务，是 决定航飞任务成功与否的关键，好的航线 设计计划可以起到事半功倍的效果
1500-12000米
安30 7000 540 430 2630
6 7.7
15006000
百度文库
常用航摄飞机
计划准备阶段——飞行准备
申请航飞权、协调航空飞行
管辖军区司令部
军区空军司令部 航空管制处
省政府测绘局
项目承接单位 提供航摄申请
计划材料
▪ 飞行任务 ▪ 机场协调 ▪ 飞行协调
民航管理局、 空管局
评估飞行效率
根据测区远近、飞行高度、空域申请情况来 编排航飞航线顺序
计划准备阶段——飞行准备
其它准备工作
▪ 地面基站布设 ▪ 人员配备 ▪ 天气预报查询 ▪ 配备维护工具
计划准备阶段——航线设计
原则和方法
本着安全、经济、周密、高效的原则，以项 目成果数据精度要求为目标，充分地分析测区 的实际情况，结合激光雷达测量设备自身特点， 选择最为合适的航摄参数，为获取高质量的数 据提供基础技术保障。
计划准备阶段——航线设计
机载激光雷达与传统航摄航飞设计主要区别
传统摄影测量
机载激光雷达测量
飞行计划相对简单，需考 飞行计划相对复杂，要求较为苛刻，需考
虑高差影响
虑高差、脉冲方式、扫描角、点密度等
需考虑天气因素
需考虑天气影响，同时也需考虑背景反射 率；背景反射越弱，测距效果越好
相同飞行高度下，飞行带 飞行带宽较窄，带宽受飞行高度和扫描角
计划准备阶段——飞行准备
选择LiDAR型号
国内主要有AP3500、ALS、ALTM、 LiteMapper、TOPOSYS等产品，每个产品由 于性能和参数不同，因此选择不同的设备对于 航摄设计来说也是不同的。
计划准备阶段——飞行准备
选择飞行平台
不同的飞机性能会对雷达系统的参数设置有 不同程度的影响。主要有两个方面，一是飞行 速度，二是飞行高度。飞行速度主要影响雷达 的扫描频率的设置，飞行高度主要影响脉冲频 率的设置，进而影响点密度和精度。
计划准备阶段——航线设计
双传感器航线设计
机载激光雷达扫描系统不单单配备一个激光 扫描仪，而且还配备一架中幅面的数码照相机
▪ 重叠度匹配 ▪ 数码相机航向重叠度设置和摄影基线检查
计划准备阶段——航线设计
最终航线检查与地面模拟飞行
为了确保飞行计划的正确性。检查方法主 要有三种：
▪ 将飞行计划导出为kml格式，加载到google earth当中进行浏览
三个阶段八个方面 ：
计划准备阶段
航飞实施阶段
数据整理阶段
飞行准备
设备运输存储和 维护
航线设计
设备安装、测试
飞行操 作与数 据采集
数据检查与 质量控制
检校场布设 测量
GPS基站与地面 配合
计划准备阶段——飞行准备
掌握测区概况
首先应该熟悉实地测区的地形特点和地貌特 征。根据不同的地形条件选择和设计不同的飞 行航线。
机载激光雷达数据处理
▪机载激光雷达作业全过程介绍 ▪一个实际使用的航向规划软件操作过程 ▪GNSS差分解算 ▪GNSS+IMU组合生成状态文件程序操作演示 ▪激光点云解算操作演示 ▪三种激光点云可视化软件演示
LiDAR数据获取
▪ 综述 ▪ 飞行准备与航线设计 ▪ 检校场设计、布标、测量 ▪ 储存、运输与维护 ▪ 设备机上安装、调试与检查 ▪ 基站架设和地面配合 ▪ 飞行操作与数据采集 ▪ 数据检查、整理及质量控制
Pitch
Ze
ZI
YI
κ
Ye φ
Heading
IMU
XI
Roll
Laser
Xe ω
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场布设方案
▪ 校准控制场 ——校准LIDAR的相对和绝对 高程
航线设计软件NavGT操作， 附操作手册
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场选择及航线设计
IMU和激光扫描仪的相对位置偏移，会导致IMU 记录的角度值和激光点的角度值有一定的系统误差 。
主要包括roll、pitch、heading，pitch slope， range correction等方面的内容 。
步骤
▪ 建立航带设计工程 ▪ 设置平面坐标系和高程坐标系 ▪ 加载DEM数据 ▪ 导入设计线位 ▪ 航带设计 ▪ 重复以上步骤，完成所有航段的航线设计
计划准备阶段——航线设计
单脉冲和多脉冲
同等点间距的设计要求下，多脉冲的航 飞效率大约为单脉冲的3倍。
多脉冲的优势随着地形起伏变化的上升而 越加明显
宽更宽，覆盖面积更大
影响，容易形成漏飞区域
计划准备阶段——航线设计
工程创建
外部参考 资料
传感器选择
坐标系定义
飞行速度 扫描角度 脉冲模式 点云密度
工程建立 完成
决策选择 否
描绘初始航飞 范围
依据系统参数计算航飞 范围
重新调整计算
是否覆盖有效线位区域
流 程
是 否
参数设置是否超限差
是 成果输出
计划准备阶段——航线设计
计划准备阶段——飞行准备
常用飞机型号和基本性能
飞机类型 最高升限 最大巡航速度 正常巡航速度 最大航程 续航时间 最大爬升率
作业高度区间
运5 4000 250 180 1376
6 3
5004000
运12 8000 320 250 1440
6 12
10006000
奖状 13000米 746公里/小时 713公里/小时 3167公里 4小时 15.1米/秒
LiDAR工程的步骤
项目启动 数据获取 数据处理 精度评定 项目验收
LiDAR数据获取综述
既繁琐又细致的工作，牵扯到许许多多的因 素，需要很多单位和人员的支持和配合
包含了从飞行准备到航线设计，从飞行操作 到数据整理，从设备运输到存储维护等方方面 面与航测外业相关的作业环节
LiDAR数据获取综述