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和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和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。航飞权办理流程如下图所示：

航飞权办理流程示意图

2）航空摄影。对测区范围进行航空摄影数据采集，获取激光点云、航空数码影像、POS、地面GPS基站等各类激光雷达航测的原始数据。

3）数据处理。在内业对航摄获取的原始数据进行POS解算等预处理、激光点云分类等后处理工作。

4）数字产品生产。利用分类后的地面激光点云直接生成DEM成果，基于三维激光点云和航空数码影像数据生成DOM、三维白模等数字成果产品。

3、对比传统航测技术的优势

机载激光雷达技术与传统航测技术相比，具有很大的技术优势与综合经济优势。

1）成果的整体精度与精细程度更高

⏹三维激光点云数据都是由激光直接测量得到，而传统航测本质上是

依据有限几个像控点基于航测理论进行的拟合测量；

⏹三维激光雷达系统采集原始点的密度远远高于传统航测，平均每平

方米可达到一个、甚至十几个原始数据点，这是传统航测立体像对

模拟技术采集或工程测量人工采集所无法比拟的；

⏹高程测量精度比其他测绘方法要高，特别在对传统测量手段存在较

大困难的树木植被覆盖地区，由于激光具有较强的穿透能力，能够

获取到更高精度的地形表面数据，航空摄影测量作业方法则是由作

业人员估计树高，方可获取到地形表面数据，因此其测量误差较大，

尤其是高程精度；

2）生产效率更高、工期相对较短

⏹航飞高度较低，同时由于是主动发射激光脉冲进行测量，航飞时受

天气的影响比传统航测要小，适合飞行天气多；

⏹机载LiDAR测量技术只需要少量的人工野外测量工作，内业智能化、

自动化生产水平较高；

⏹综合利用二维航空影像数据与三维激光点云数据，在内业即可清晰

判别绝大部分地物，能大大减少传统航测的外业调绘工作量。

⏹没有外业像控点测量、空三加密的传统航测生产环节，生产周期大

大缩短；

⏹基于三维激光点云数据能快速直接获得DSM/DEM等成果。

3）成果质量更有保障

三维激光雷达系统在现场就可以直接快速确定原始成果的质量情况，但是传统航测在现场无法直接确定原始成果的质量情况；三维激光雷达系

统是同时采集激光点云、数码影像等多源原始数据，这些数据之间彼此可以互验，而传统航测只采集单影像类原始数据。

4）应用价值更加深远

基于真实环境的高精度建筑物三维模型、数字高程模型、高分辨率正射影像等成果是三维数字城市的核心基础，三维激光雷达系统所生产的高精度三维成果产品，可以为此提供强大的技术支撑,并将对基于三维数字城市数据平台之上的各行业应如国土测绘、城市规划、工程建设、灾害应急等带来深刻的变革与影响。