机载和车载式激光扫描技术
三维激光扫描技术原理及应用
三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具，按照其有效扫描距离可进行如下分类：
(1)短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6～1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点，精度至±0.018mm。例如:美能达公司的VIVID 910，手持式三维数据扫描仪FastScan等，属于此类。
2.3 三维激光扫描仪工作原理
无论扫描仪的类型如何，其构造原理基本是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，则可以求得每一个扫描点的三维坐标。以Leica C10为例，该扫描仪是以反射镜进行垂直方向扫描，水平方向则以伺服马达转动仪器来完成水平360度扫描，从而获取三维点云数据。
2、三维激光扫描技术
随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。
浅谈三维激光扫描技术原理及应用
摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。
激光雷达考试浓缩笔记
一、技术介绍1.激光雷达概念：激光探测与测量，Light Detection And Ranging，英文缩写为LiDAR，LiDAR的光源一般采用激光，原理与雷达原理相同，故都将LiDAR翻译为激光雷达，也可称为激光扫描仪。
工作原理：脉冲式和相位式，它有激光发射器、接收器、时间计数器、微电脑构成，成像为点云，并以数据为基础重建目标三维模型。
（相位式问题：相位测量仅能测出不足一周的相位差，相位差的分辨率限制测距的精度，为了保证精度而又兼顾测程，采用几个调制光波长配合测距。
）激光扫面技术分类：1D激光测距、2D激光测距、3D激光测距、多传感器的集成激光雷达和普通雷达的区别：普通雷达：射频电磁波被送到大气中，大气中的目标散射发射电磁波的一部分到普通雷达的接收器中。
激光雷达也发射和接收电磁波，但其频率相对较高，激光雷达工作在紫外光、可见光、近外红三个光谱波段激光雷达存在的问题两点同步难匹配、数据处理自动化程度低测量复杂度高、仪器昂贵、操作人员需要较高技巧、生产成本高、费时对天气、可见度等自然条件要求高很难获取较全面的信息2.三维激光扫描技术概念：三维激光扫描系统：由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成、而三维激光扫描仪又由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD相机以及软件组成。
三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，用三维激光扫描仪获取目标物表面各点的空间坐标，然后由获得的测量数据构造出目标物的三维模型的一种全自动测量技术。
是继GPS后的又一项测绘新技术，已成为空间数据获取的重要技术手段。
原理：三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算目标点P与扫描仪距离S。
激光测距技术是三维激光扫描仪的主要技术之一，激光测距的原理主要有基于脉冲测距法、干涉测距法、激光三角法三种类型。
机载三维激光雷达(LIDAR)扫描测量技术在长输管道测量中的应用
机载三维激光雷达(LIDAR)扫描测量技术在长输管道测量中的应用摘要：本文论述了机载三维激光雷达扫描测量技术在长输管道测量中的应用，并结合实际论述了该技术的方法和特点，该方法在管道测量中充分体现了其高精度、高密度、高效率、产品丰富等特点，为今后该技术在长输管道勘察设计中的应用提供了有力的技术支持。
关键词：机载激光雷达；激光点云；正射影响；数字高程模型1机载LIDAR技术简介机载三维激光雷达扫描测量(以下简称机载LIDAR- Light Detection and Ranger)技术是继GPS以来在测绘遥感领域的又一场技术革命。
LIDAR是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。
机载激光扫描可以获取更小的目标信息，如高压线，可以穿透植被等覆盖物获得地面点数据，而且可实时得到地表大范围内目标点的三维坐标，同时它也是目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的可行技术，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像及其它方面的海量信息。
特别是对长输管网工程地处山区密林、植被茂密、无人进入的区域，传统的测量技术无法满足工期的要求，而且人员进入测区非常困难，因此，本项目的测绘工作，采用了机载三维激光雷达扫描测量。
2技术内容2.1获取数据的方法和原理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；定向定位系统POS部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，由GPS确定空间位置，由IMU测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
激光雷达工作原理图LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。
激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。
车载三维激光扫描系统简介
一、系统简介三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。
它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。
可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。
近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪，车载三维激光扫描仪是将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性测量装置、里程计、360°全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机集成并封装于汽车的刚性平台之上，在汽车移动过程中，快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据，通过统一的地理参考和摄影测量解析处理，实现无控制的空间地理信息采集与建库。
汽车、三维激光扫描仪、数据处理软件，这三部分共同组成了车载三维激光扫描系统。
图1.车载三维激光扫描系统图2.系统工作原理图二、发展状况随着地理空间信息服务产业的快速发展，地理空间数据的需求也越来越旺盛。
地理空间数据的生产，成为世界经济增长的一大热点。
目前世界上最大的两家导航数据生产商NavTech和Tele Atlas均将车载三维激光扫描系统作为其数据采集与更新的主要手段，并将该技术视为公司的核心技术。
我国在车载三维激光扫描系统测图领域的研究起步较早，现已在多传感器集成、系统误差检校、直接地理参考技术、交通地理信息系统等方面取得突破性的进展，其中最具代表性的有李德仁院士主持、立得空间信息技术有限公司研制的LD2000-RM车载道路测量系统和刘先林院长主持、首都师范大学研制的SSW车载测图系统。
三、国内的应用经过多年的发展和应用，车载三维激光扫描系统已在我国基础测绘、应急保障测绘、街景导航地图测绘、三维数字城市建设、矿山测绘、公路GIS与公路路产管理、电力GIS数据采集与可视化管理、铁路GIS与铁路资产管理、公安GIS数据采集等项目中得到广泛应用。
车载激光扫描技术
数据滤波与平滑
进一步处理点云数据，去除噪声和异常值，平滑 数以减小数据量，方 便存储和传输。
CHAPTER 04
车载激光扫描技术在不同领域的应 用案例
城市规划与建模
1 2 3
城市规划
数据裁剪
根据需要，对数据进行裁 剪和筛选，以去除不必要 的部分。
点云数据生成
激光扫描仪数据获取
通过激光扫描仪获取目标物体的三维坐标信息。
点云数据生成算法
利用点云数据生成算法，将多个扫描数据拼接成一个完整的点云数 据。
数据格式转换
将点云数据转换为常用的数据格式，如XYZ、LAS等。
数据后处理
数据分类
技术创新和产业升级将进一步推动车载激光扫描技术的发展和应用，实现更高效、更智能的 交通出行。
未来发展方向与挑战
未来发展方向
研究和发展更高精度的激光雷达技术，提高激光 扫描的精度和稳定性。
加强数据处理算法和软件技术的研发，提高数据 处理的速度和精度。
未来发展方向与挑战
• 探索和应用更多种传感器融合技术，提高激光扫描的适应性和 稳定性。
工作原理
激光扫描仪按照一定的角度旋转 ，同时车辆在行驶过程中不断通 过GPS和IMU获取位置和姿态信
息。
激光扫描仪发射的激光束遇到目 标物体后反射回来，通过计算激 光束往返时间，得到目标物体的
距离信息。
控制系统根据获取的距离信息、 车辆的位置和姿态信息生成三维
地形数据。
激光扫描仪性能指标
01
02
车辆平台选择
选择适合车载激光扫描设备的车 辆平台，考虑车辆的稳定性、行 驶速度、车辆改造难度等因素。
三维激光扫描分类及工作操作规范
一、地面激光扫描系统1、概述地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。
二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。
这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。
2、工作原理三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S,控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值a和纵向扫描角度观测值0。
三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。
X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。
获得P的坐标。
进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。
3、作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。
最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。
(1)、数据获取利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。
三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。
这些原始数据一并存储在特定的工程文件中。
其中选择的反射参照点都具有高反射特性，它的布设可以根据不同的应用目的和需要选择不同的数量和型号，通常两幅重叠扫描中应有四到五个反射参照点。
(2)、数据处理1)数据预处理数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点云数据和影像数据进行预处理，应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。
对点云数据进行识别分类，对扫描获取的图像进行几何纠正。
2)数据拼接匹配一个完整的实体用一幅扫描往往是不能完整的反映实体信息的，这需要我们在不同的位置对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接匹配问题。
三维激光扫描技术
m e d i a 三维激光扫描技术简介1三维激光扫描技术三维激光扫描仪主要是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引激光以等速度扫描的反光棱镜,加高清晰摄像机组成。
激光测距仪采用脉冲式测量，可以主动发射激光同时接受来自自然物体的反射信号进行测距,针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距,配合扫描的水平角和竖直角,可以求得每一扫描点与测站点之间的坐标差,若测站点和一个定向点的坐标为已知值,则可以求得每一扫描点的三维坐标。
三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。
该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多应用。
2技术优势(1)非接触测量。
三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的空间三维数据且真实可靠。
可以用于解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况,具有传统测量方式难以完成的技术优势。
(2)数据采样率高。
三维激光扫描仪可以达到数十万点/秒。
采样速率是传统测量方式难以比拟的。
m e d i a (3) 主动发射扫描光源。
三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息,因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束。
(4) 高分辨率、高精度。
三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率的目的。
(5) 数字化采集,兼容性好。
三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号,具有全数字特征,易于后期处理及输出。
用户界面友好的后处理软件能够与其它常用软件进行数据交换及共享。
(6) 可与GPS 系统配合使用。
这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围,对信息的获取更加全面、准确。
激光在军事当中的应用
激光技术的军事应用武器：激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门高新技术，经过40多年的发展，从机理原理，实验手段到制造工艺都已逐步成熟，受到各大军事强国的重视，未来有望成为军事技术最活跃的一个领域。
高亮度，方向性强，单色性好。
相干性好。
由于激光具有上述特点，激光技术在军事领域得到广泛的应用。
其主要应用有：激光武器用于杀伤敌重武器装备时，需要较高的能量，通常称为高能激光武器或称激光炮。
目前美国已研制出机载和车载激光炮。
激光炮的威力强大，命中率极高。
由于强激光束具有很强的烧蚀作用、幅射作用和激光效应，因而对武器装备具有很大的破坏力。
激光武器可以破坏制导系统、引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导弹和破坏雷达、通信系统等。
激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。
目前一个激光器的能量还无法将高轨卫星摧毁，但能用几个激光器同时对准1颗卫星进行攻击将其摧毁。
空间激光反卫星是将激光器装在卫星或航天飞机上，攻击对方的卫星；空中激光反卫星是将激光器装在飞机上攻击卫星，它可克服地面发射激光攻击卫星的许多缺点，但不如航天器攻击卫星那么理想，因航天器比飞机平稳，没气流和飞行振动的干扰，激光的能量可充分发挥。
激光武器用于杀伤敌方人员和破坏某些仪器设备时，所需发射的能量一般要求不高，称为低能激光武器，它主要使敌方人员致盲和使某些光电测量仪器的光敏元件受到破坏甚至失效，或可用来在城市、森林大面积点火。
据报导，脉冲功率100兆焦的激光，可使500米处人眼的玻璃体溢血，在2公里处可烧坏视网膜。
目前已研制出激光致盲武器，可使500米处的人永久失明，使2公里处的人暂时失明。
在反坦克、反潜艇中，激光致盲武器也有很大发展潜力，坦克和潜艇的活动离不开潜望镜，因此对准潜望镜入口发射激光，就会把在用潜望镜观看外部情况的指挥员、驾驶员的眼睛损伤，坦克和潜艇也就失去作战能力。
侦察卫星靠装在其中的各种光电传感器侦察地面目标，如果用激光束照射其中的光电传感器也会使侦察卫星变为“瞎子”。
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS 技术之后的一次技术革命。
它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。
三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。
三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。
它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。
由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。
该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。
三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。
按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。
应用扫描技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。
主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物（样品或模型）在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。
1、工业产品的规划在工业产品的规划制作中进程中，对外观的把握往往需要什物的验证，比如车身规划领域对轿车油泥模型的丈量。
在轿车规划中，油泥模型是一个很重要的环节，它把规划者的思路从草图或图纸转化成了什物模型在模型的制作进程中进一步完善规划者的目的，而且经过对油泥模型的点评、实验、检测来确认产品的规划。
2、快速原型也叫快速成型，是80年代中期开展起来的一种簇新的原型制作技能。
三维激光扫描仪有哪些分类【图解】
目前应用的三维激光扫描系统种类繁多，类型、工作领域不尽相同。
按照不同研究角度、工作原理可进行多种分类。
三维激光扫描系统从操作的空间位置可以划分为如下四类：（1）机载型激光扫描系统，这类系统在无人机或有人直升机上搭载,由激光扫描仪、成像装置、定位系统、飞行惯导系统、计算机及数据采集器、记录器、处理软件和电源构成，它可以在很短时间内取得大范围的三维地物数据。
（2）地面型激光扫描系统此种系统是一种利用激光脉冲对被测物体进行扫描,可以大面积、快速度、高精度、大密度的取得地物的三维形态及坐标的一种测量设备。
根据测量方式还可划分为两类一类是移动式激光扫描系统一类是固定式激光扫描系统。
所谓移动式激光扫描系统,是基于车载平台,由全球定位系统、惯性导航系统结合地面三维激光扫描系统组成。
固定式的激光扫系统,类似传统测量中的全站仪。
系统由激光扫描仪及控制系统、内置数码相机、后期处理软件等组成。
与全站仪不同之处在于固定式激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标,而是一系列的“点云”数据。
其特点为扫描范围大、速度快、精度高、具有良好的野外操作性能.（3）手持型激光扫描仪此类设备多用于采集小型物体的三维数据,一般配以柔性机械臂使用。
优点是快速、简洁、精确。
适用于机械制造与开发、产品误差检测、影视动画制作与医学等众多领域。
（4）特殊场合应用的激光扫描仪,如洞穴中应用的激光扫描仪在特定非常危险或难以到达的环境中,如地下矿山隧道、溶洞洞穴、人工开凿的隧道等狭小、细长型空间范围内,三维激光扫描技术亦可以进行三维扫描。
三维激光扫描系统按照扫描仪的测距原理，又划分为如下三类：（1）使用脉冲测距技术。
其测距范围可达数百米，甚至上千米。
（2）基于相位测量原理。
主要用来进行中等距离的扫描测量,其扫描范围一般在米内,与采用脉冲测距原理的扫描设备相比,它的精度相对为高。
（3）基于光学的三角测量原理。
采用光学三角测量原理的扫描设备,一般工作距离较近,一般在数米数十米,主要应用于工程测量及逆向建模等工程中,可以达到很高的测量精度。
LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用
L I D A R的技术原理以及在测绘中的应用The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用朱士才（江苏省测绘工程院南京 210013）摘要：LIDAR是一种集激光、全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种新技术于一身的系统，用于获得高精度、高密度的三维坐标数据，并构建目标物的三维立体模型。
该技术在基础测绘DEM、DOM、DLG生产、精密工程测量、数字城市建设等领域具有广泛的应用前景，它代表了测绘技术又一个新时代的到来，。
关键词：LIDAR 数字高程模型测绘一、LIDAR的技术原理1、前言激光雷达技术是根据英文Light Detection And Ranging 的翻译而命名的专业术语，简称为LiDAR。
该技术可以实现空间三维坐标的同步、快速、精确地获取，并根据实时摄影的数码像片，通过计算机重构来实现大型实体或场景目标的3D数据模型，再现客观事物的实时的、真实的形态特性，为快速获取空间信息提供了简单有效手段。
因此被有些专家称为，继GPS以来在测绘领域的又一个技术革命。
根据载体的不同，LiDAR技术主要分地面三维激光扫描技术和机载激光雷达扫描技术两大类，目前这两类系统在国内外都得到了成功的运用。
顾名思义，地面三维激光扫描系统的空间载体是地面，类似于传统的地面近景摄影测量。
它将激光扫描仪直接与数码相机、GPS相结合，对目标物进行扫描成像，获取激光反射回波数据和目标表面影像，并在软件支持下构建三维数字模型和纹理的精确贴加，从而达到目标物快速、有效、精确的三维立体建模。
经过改装，地面三维激光扫描系统不但可以安置在固定设备上，也可以装载在运动的汽车上，进行连续的三维场景和目标形态的空间数据采集。
机载激光雷达系统则是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（Inertial Measurement Unit，惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实现对目标物的同步测量。
机载激光雷达扫描技术生产DEM成果的高程精度分析
机载激光雷达扫描技术生产 DEM成果的高程精度分析摘要：伴随着时间的推移和科学技术的不断发展，我国和全世界范围内的测绘技术都在不断创新，测绘技术水平也在逐年提升，其中机载激光雷达扫描技术是一场全新的测绘技术革命，通过这项技术手段能够达到高精度的三维数据采集工作，由此就能够实现高精准度的数据测量工作，这样就可以为国内的国家大地控制网建设、不同地区的定位和导航提供相应的技术支持。
而且从现代社会发展的角度上来说，小到一张普通的地图，大到铁路网、公路网的分布，生活和工作过程中几乎无处不见测绘的踪影。
故此，在本文中就将针对机载激光雷达扫描技术生产DEM成果进行高程精度分析，其主要目的在于为当代测绘生产、检验技术工作人员的实践工作提供技术方面的重要支撑。
关键词：激光雷达；扫描技术；高程精度；技术分析；研究分析前言：近年以来，国内的社会经济保持着高速的发展态势，这为国内不同领域内、不同工作水平的提升提供了强大的支持，但与此同时，时代发展和不同工作内容对于测绘工作也提出了崭新且更高的要求。
机载激光雷达扫描技术的运用，能够获得更加精确的地形真实情况，并且可以直接获取到地面的三维坐标体系，这是传统的测绘技术所难以做到的，而且这项技术具有效率高、数据精度高和抗干扰能力，比较适合在测绘工作中进行运用，并且机载激光雷达扫描技术所生成的数字高程模型已经成为了测绘领域内的重要前沿研究方向。
所以，在接下来的文章中就将针对机载激光雷达扫描技术生产DEM成果的高程精度进行详尽阐述，希望可以为国内后续的测绘工作开展提供一定的借鉴和参考。
一、机载激光雷达系统组成和工作原理（一）机载激光雷达系统的组成现有的多数机载激光雷达系统主要具有以下几部分组成；①激光阵列发射系统；②激光测距系统；③光学扫描单元；④接受控制单元；⑤成像和数据处理设备等等；其中，激光扫描仪在实际的测绘工作过程中，通过接受返回的脉冲，就能够获取到被测目标的诸多信息和数据[1]，包含反射角度、反射距离、反射频率和信号波的强度情况等等，后续经过光学成像技术，就能够得到一个相对具体的数字城乡数据和模型，再交由专业的工作人员进行处理之后，就能够得到得一个长条型的地面区域三维位置信息与成像结果，这些数据和信息在很多领域都可以进行运用。
机载Lidar数据处理及应用
机载Lidar数据处理及应用摘要：本文介绍了机载Lidar技术及其应用领域。
机载Lidar是一种激光雷达系统，通过发射激光束并接收反射回来的信号，可以获取地表、建筑物、植被等物体的精确三维信息。
在引言部分，我们介绍了机载Lidar技术的基本原理和优势。
随后，我们从地形测绘、建筑物三维建模、植被监测、城市规划、交通管理、环境监测和资源勘探等五个方面展开讲述了机载Lidar的应用。
结语部分总结了机载Lidar技术的广泛应用，并强调了其对各个领域的重要性和未来发展的潜力。
关键词：机载；Lidar；数据处理；应用引言机载Lidar技术作为一种高精度、高效率的数据获取工具，在各个领域得到了广泛的应用。
通过发射激光束并测量反射信号的时间和强度，机载Lidar可以实现对地表、建筑物和植被等目标的快速三维测量。
其准确度和细节程度超过了传统的测量方法，使得机载Lidar成为许多领域研究、规划和决策的重要工具。
1.机载Lida技术简介机载Lidar（激光雷达）技术是一种基于激光信号的远程感知技术，广泛应用于地球观测、环境监测、城市规划、农业、林业和地质勘探等领域。
Lidar系统通过发射激光脉冲并接收反射回来的信号，可以获取目标物体的距离、形状、位置和运动等信息。
机载Lidar系统是将激光雷达安装在航空器上，通过航空平台快速获取大范围的地面、建筑物、植被等目标的高精度三维点云数据。
机载Lidar技术具有许多优势。
首先，它可以快速获取大范围的三维地理信息。
相比传统的地面勘测方法，机载Lidar能够在较短的时间内覆盖更大的区域，并生成高密度、高精度的点云数据。
这使得它在大规模地形建模、城市三维重建和灾害监测等方面具有显著优势。
其次，机载Lidar技术具有高度自动化和高效性。
由于激光雷达的高速扫描和数据采集能力，机载Lidar系统可以在飞行过程中实时获取数据，并实现实时数据处理和分析。
这使得数据获取和处理的周期大大缩短，提高了测量和监测的效率。
激光在军事上的应用
摘要世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，它一问世，即获得超乎寻常的飞快发展，不仅使古老的光学及其技术焕发青春，也生发了许多新兴的学科。
40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。
这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。
激光正以特殊的方式深刻影响着人们生活。
本文通过对激光特性的认识，展示了激光在军事上给人类社会带来巨大变化以及其快速的发展历程，同时也展望激光未来发展的趋向与前景关键词：激光军事未来激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。
激光器的种类繁多，名称各异。
按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等。
按其发射位置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载等类型，按其用途还可分为战术型和战略型两类，即战术激光武器和战略激光武器任何物体都能辐射和反射电磁波，并具有不同的辐射和反射特性。
利用不同的光学遥感器，从空中或远距离探测目标和环境的光学波段电磁波信息，经光学、电子技术处理后，为军事应用、科学研究和经济建设服务。
光学遥感技术的发展可追溯到19世纪， 1858年在巴黎上空的气球上拍摄了第一张空中照片。
20世纪初发明飞机后，航空摄影广泛用于军事侦察，黑白、彩色的可见光和近红外波段照相技术得到实际应用。
60年代初，美国研制成功红外扫描仪和多光谱扫描仪，提供了新的遥感手段。
1957年人造地球卫星发射成功后，航天遥感技术得到迅速发展，照相侦察卫星、预警卫星、测地卫星、气象卫星和载人飞船等多种航天器上，广泛采用可见光、红外和多光谱遥感设备。
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与影像数据同步、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与惯性导航仪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、侧滚角与航向角数据。
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。
机载激光雷达航测工作流程1)航摄准备。
该阶段除需进行项目所需资料的收集以及人员与设备的配备保障等各项项目准备工作外，最主要的工作是按相关规定与流程申请获得项目测区的航飞空域使用权，这是开展后续工作的前提条件。
例析3D建模中的激光扫描技术
例析3D建模中的激光扫描技术1 概述随着三维地理信息管理系统在水利建筑领域的深入研究，建立水库的三维模型日益成为研究的热点和难点。
传统的人工测量方法耗时耗力，检核工作难进行。
摄影测量的方法可以快速获取被测区域的影像，但是高程精度不高，同时由于拍摄高度的限制，对尺寸较小的目标物辨识能力有限。
三维激光扫描仪技术以其高精度、高密度、实时性强和非接触性主动获取物体表面3D信息的特点，自问世以来就得到了广泛的应用。
三维激光扫描仪技术通常包括地面激光扫描仪、车载激光扫描仪和机载雷达。
利用地面激光扫描仪技术，Kim等对预制钢构件的尺寸（长、宽和面积）进行高精度扫描。
Virtanen等利用地面激光扫描仪技术对物体进行快速的数字化建模。
Wang利用激光扫描仪技术实现对不同测站点云的高精度匹配。
刘求龙等利用地面激光扫描仪对慧泉变电站进行三维建模。
为了能够完整、精确地建立起水库的三维模型，利用地面激光扫描仪的精度优势和车载激光扫描仪的速度优势，对车载激光扫描仪和地面激光扫描仪采集的数据进行结合，进而得到整个库区的三维构架是目前最快捷有效的方式之一。
本文以河南宝泉电站为例，自主研制探讨如何利用车载激光扫描仪和地面激光扫描仪技术获取数据并快速建立电站三维模型。
2 宝泉抽水蓄能电站概况宝泉抽水蓄能电站位于河南省辉县西部薄壁镇，电站的主要建筑物包括上下水库大坝、引水道、地下厂房洞群系统及地面开关站等。
上水库位于宝泉水库峪河左岸支流东沟内，距宝泉村约1km，引水道进/出水口位于水库左岸，距大坝左坝头约200m。
下水库进/出水口位于宝泉水库左岸，距宝泉水库大坝约1km。
上水库档水建筑物为混凝土面板堆石坝，下水库是利用峪河上已建成的宝泉水库，但对大坝加高、加固。
坝顶高程268.0m，坝顶长为535.5m，其中左岸挡水坝坝长277.0m、右岸档水坝段长197.5m。
宝泉抽水蓄能电站引水道主洞直径为6.5m，上游调压井前、后段及尾水段洞径均为6.5m，岔管段洞径为4.5m；上水库总库容为827万立方米，发电库容620万立方米；下水库总库容6750万立方米，灌溉兴利库容3575万立方米，扩大兴利库容515万立方米。
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机载和车载式激光扫描技术2011-03-04 16:26:18 作者：admin来源：浏览次数：为将基础设计方案作为设计规划的基础，用于地区通道巴苏木的改建和扩建工程，需要借助直升飞机和车辆上安装的测量系统来提取存档数据，并用CARD/1进行处理，准备用于设计。
测量控制中要遵守RAS测量规范中对于这一测量方法的准确度要求。
同样这一测量方式的安全性、便捷性和节约成本的特点都为您的设计拓宽了发展空间。
在交通车辆范围内对存档数据进行提取，这种操作模式对测量提出了特殊的挑战和要求。
需要采取安全防护和隔离措施，才能允许并可能执行测量操作。
尽管已提供了安全保护措施，在道路或轨道区域内进行的工作，对于测量小组而言仍然是危险的。
而且几乎就不可能做到在毫无干扰的情况下完成一次测量操作。
此外，测量作业还经常会对交通运行状况造成影响，特别是在车流量非常大的高速公路或主干线上根本不能长时间封锁车道。
下面介绍了一种测量方法，可以允许在道路交通中安全无干扰的完成测量，并同时可为道路设计提取适宜的基础数据，而且还满足了RAS测量规范的准确度要求。
项目在已设计的OD Bassum的改建和扩建工程中，要将路段的长度从11.64km缩短为10.037km，下萨克森州政府下属的道路施工和交通部门、尼恩堡的业务部（Dipl.-Ing. Bernd Habermann）共同承担了任务，完成工程所需的测量工作，并建立基础设计图作为整体设计的基础资料。
这一任务的重要组成部分就是借助车载扫描仪（MLS）和机载扫描仪（ALS），完成一条1.3km长的地图通道的存档数据提取。
并基于国家特殊的“编码2000“完成已提取点云的矢量化操作。
利用大地坐标控制测量方式，除了可提交证明，而且用这种组合式的数据采集方法也可达到一定的准确度要求，并且允许在道路设计方案中使用扫描数据。
机载扫描技术(ALS) 和车载扫描技术(MLS)为完成点数据和图片数据的采集，需要利用直升飞机和车辆上安装的测量系统来执行测量。
在这一过程中需要用到TopEye (ALS)和Streetmapper (MLS)两种系统。
ALS/MLS系统基本上是由下面几种组件构成的：▲GPS, INS/IMU▲一台或多台激光扫描仪▲照相机和录像机系统▲用于MLS的计程仪(Wegmesser)由于车载系统的照相机图片对于高精度要求的项目而言，通常都只能用于识别对象。
并且由于行驶速度，要求仪器必须要达到相当高的数据采集频率。
因此照相机系统通常配备的是中等的分辨率（2-4百万分辨率）。
相对而言，飞机上装配的激光扫描系统就配备了一台高分辨率并且已校准过的照相机（Rollei AIC，39百万分辨率）。
这两种系统都可在最短的时间内为长路段设施准确的提取存档数据。
由于车载式测量系统较高的扫描频率，并且测量车是与行驶中的车流“一同行驶“的，因此避免了对交通状况造成影响。
飞行为了从空中提取尽可能高分辨率的航拍图，并保存激光扫描数据，飞行过程中只能保持到地面150m的高度。
在两条平行线路上方完成的飞行测量保证了为以后的分析操作准备一个足够宽的走廊带。
对于航拍数据可以达到下面的分辨率：航拍图：地表分辨率2cm点云：大约为每平方米50个测量点行驶测量车辆可沿两个行驶方向完成对每条行驶轨迹的测量。
数据采集速度受交通状况影响，在30km/h到50km/h之间。
基于较低的速度进行统计，两台扫描仪(测量频率为200000点/秒)采集的点密度为每平方米3000个测量点。
两种照相机系统都是沿行驶方向架设的。
在行驶方向上还可增加一台录像机，记录整个过程。
对测量数据的分析在结束了飞行和行驶过程后，测量数据就已准备完毕。
然后需要将激光扫描数据转换到本地的坐标系中，并自动进行分类。
对分类后的结果进行一次可视的检查，或者进行一次手动的后续编辑，都可保障已准备的点的数据质量。
两种扫描系统的激光扫描数据可组合使用，因此在后续的分析过程中，可使用一个点密度非常高的3D点云。
从航拍过程得到的单张图片计算出一张均衡的图片组合图，然后在地面线上进行调整。
作为结果，高分辨率，拥有几何数据参考的航拍照片，在整个项目区中会将地表的分辨率仅以2cm的单位显示。
测量车辆上两台照相机所采集的数据也要按照地理数据完成编码，，因此也可在完成数位化的过程中使用。
可将这些图片数据换算为正交像片，但是由于数据采集方向的差别，以及照相机镜头会对图像产生一定程度的变形扭曲。
因此推荐您在软件中使用点云来完成数据注释和颜色确定。
准确度直升飞机和测量车辆的位置确定操作，通过对GPS/GLONASS观测的分析在后处理进程中完成。
这里使用的测量操作，与RTK计算方法中相同，测量系统位置所设置的准确度在平面位置和高程中大约为2-3cm。
为此需要检查系统中限定的错误成分，这样道路设计的结果才能达到一定的准确程度。
为了更好的配置图片数据和激光扫描数据，在相应基准点或控制点的采集区域中要借助GPS、全站仪和抄平等工具来确定配置。
因此可以在局部范围内确定车道标记，或者在侧向车道的高速公路上确定特殊标记。
测量操作可以与基准点的确定操作一同执行，用于以后的施工措施。
对于巴苏姆的一条1.3km长的通道，需要确定大约20个地面控制点。
通过一次转换操作要在平面和高程中优化ALS和MLS测量的测量数据。
在这里要将MLS扫描数据的高程准确度确定为±1 cm (1σ)，ALS扫描数据的准确度确定为± 1,5 cm (1σ)。
正交像片的平面位置准确度要优于1个像素，也就是优于± 2 cm。
为了让最终的结果能够维持已达到的准确程度，需要对10个横断面进行测量。
对明确定义的点的比较，从两种测量方法出发可达到的最大差值为2cm。
同样在另一个项目中的调查研究也检验了这一准确度。
因此在一个长度为2km的四车道道路上，大约要将500个以全站仪确定的测量点，与基于MLS和ALS 数据确定的点进行比较。
这一研究的结果将平面位置以及高程的准确度设定为± 1,5 cm。
参考对地面基准点的测量，组合使用ALS/MLS数据，得到的结果对于设计规划方案而言，不仅仅能够达到足够的准确程度，而且也满足了RAS测量规范的要求。
存档数据基于航拍数据和车载测量数据，要在CARD/1中分析所有相关的存档数据。
借助高分辨率的航拍图，可根据平面位置提取地理数据，并根据预设内容为矢量单元确定属性。
在区分对象的过程中，例如针对交通指示牌，可构成测量车辆的图片信息和影像信息。
通过使用点云，可为每个对象确定一个高程，在道路区域中使用移动式扫描仪获取的数据，在外围区域中使用直升机安装的扫描仪所采集的数据。
作为结果，获取了三位的点对象、线对象和面积对象。
这样获取的断裂边缘以及剪切后的点云仍然可作为一个高准确度的数字地面模型生成。
用CARD/1可调用一种软件，通过组合使用ALS/MLS数据完成对存档数据的整体分析过程。
除了对正交像片的可视化管理和数位化操作，也可简单的调用和编辑点云。
为不同国家的特殊对象确定属性的操作，地面模型的建立或者以及ALK/ALB数据的录入都不会对任务委托人造成问题...为什么使用ALS和MLS数据？这两个测量系统从非常不同的视角提取了地形数据。
直升机上安装的扫描仪系统大约位于距地面150m的高度，而车辆上的扫描仪距地面距离仅仅为2-3m。
因此从空中提取的激光扫描数据对于道路侧向的区域也是必要的。
陡坎或沟渠使用车辆上的激光扫描仪才能完成部分采集，因为这部分道路构造物通常位于道路水平面以下。
同样对象的数位化也可完全以点云为基础来完成，只是较为困难。
如出水口或小水沟这一类的对象，在密集显示激光扫描数据的情况下很难甚至完全无法识别。
相对于车辆上的扫描仪提取的图片，高分辨率的航拍图在设计中也更加高效。
计算方法和系统决定了，行驶过程中采集的正交像片所能达到的准确程度仍然无法低于2cm。
ALS/MLS计算方法可同时为另外五个其他的道路设计项目成功的完成设计测量操作。
激光扫描数据在设计过程中是基础资料，例如用于设计一个节点、联邦高速公路和高速公路的路面翻新工程以及桥梁施工工程。
同样，在调用基于测量技术建立的基础设计方案，为汉堡的BAB A7公路在隧道和边界间改建为一条六车道或八车道的线路，这一切操作都要借助ALS和MLS系统数据。
结果观测这里所描述的计算方法能够做到按照全站仪的精度来完成存档数据的采集。
此外，允许在道路区域以及轨道区域中几乎毫无干扰的执行完一次测量任务。
作为标准测量的剩余价值，还存在正交像片、点云以及照相机数据和录像数据。
这点可用于其它细节方面的分析操作，以及对分析过程的完整性和正确性进行控制。
同样这一计算方法节约的成本，特别是其计算的快速程度也是值得一提的。
当然，动态测量系统节约的成本并不是很明显。
当然省略了昂贵的道路封锁措施，并且可组合一次性测量多个小项目，也是对成本的大幅度削减措施。
如果两个系统都能够正确的“在行驶中或在飞行中”，那么每日就可轻松的采集100km 的数据。
即使是在德国，虽然车流量非常大，交通网也非常的密集，但是也可使用并实施这一测量方法。
当然还存在很多其他的应用功能，在运行过程中也可快速显示。
ALS系统TopEye. 直升机安装了一套复杂的系统，用于以三维形式采集数据。
安装了MLS系统Streetmapper的车辆，用于采集道路表面和邻近区域的数据。
包含彩色标记存档对象的3D点云Bassum地下通道的高精度数字地面模型。