现代摄影测量技术试卷

东北大学

研究生考试试卷

考试科目：现代摄影测量技术

课程编号：

阅卷人：

考试日期：2012.06

姓名：陈晓玲

学号：1101661

注意事项

1．考前研究生将上述项目填写清楚

2．字迹要清楚，保持卷面清洁

3．交卷时请将本试卷和题签一起上交

东北大学研究生院

现代摄影测量技术期末考试题

（共5题总分100）

一、简答题

1.激光扫描测量技术的原理？（10分）

激光（Laser）是受激辐射产生的光放大（Light Amplification by Stimulated Emission Radiation）。它是激光工作物质的原子受激产生辐射跃迁，形成粒子束反转并达到一定的程度，经光学谐振腔放大达到震荡后产生的，它与其他物质自发辐射的发光机理不同，因而具有方向性好、亮度高、单色性和相干性好等优点。因此，激光技术在国民经济的许多领域得到广泛的应用，同时激光技术也得到不断的发展。激光扫描测量技术工作的基本原理是以脉冲激光或连续激光为辐射源、以激光波数扫描的工作方式来获取区域目标的特征或距离的，广泛地应用于医学、出版印刷、传真、测量等领域。

在测绘领域，激光扫描测距的运用给机载地面测绘带来了一场革命，它大大提高了作业效率和测绘能力，以激光扫描测量技术为核心的机载地面测绘系统能够提供亚米级测量精度和米级分辨率的地面物体的三维坐标，与遥感影像配合，更加增强了对地物的识别能力。

2.机载LiDAR测量技术的特点和优势？（10分）

1）机载LiDAR测量技术的特点

（1）可以通过扫描装置远离机身扫描航线，并沿地面采集点状数据；

（2）可自动调节航带宽度，使其精确地与航摄宽度相匹配，而常规航摄需保持航带间60%左右的重叠；

（3）其平面精度可达1m，其高程精度可达15cm，扫描采集间隔可达2-12m；（4）不易受阴影和太阳角度的影响，从而减少太阳角度和阴影对数据采集的影响，并且其高程精度可不受航高限制；

（5）利用测量每个激光脉冲从发射源到被测物体表面再返回系统的时间来计算距离；

（6）航摄时配合动态GPS及惯性测量系统IMU，即可获取脉冲发射瞬间射点的空间坐标及其空间姿态，从而解算出被测物体的三维坐标。

2）机载LiDAR测量技术的优势

（1）具有几乎完全自动化的潜力，主动获取地面数据，逐点采样。

（2）数据点分布均匀，精度一致，不受阴影的影响，植被穿透能力强，探测真实树下地形。

（3）直接获取地面三维数据，容易实现数据处理自动化。

（4）短时间内获取大面积区域，不受太阳高度角影响，抗天气干扰能力强。

（5）数据量大，新技术需不断发展，具有很大发展潜力。

（6）直接获取地面三维坐标,野外工作量小。

（7）能够识别比激光斑点小的物体，如输电线等。

二、论述题

1.地面激光扫描测量技术的误差来源，影响地面激光扫描系

统测量精度和测量范围的因素？（20分）

地面三维激光扫描系统扫描过程中，影响最终获取数据精度的误差是多方面的，误差包含粗差、系统误差和随机误差三部分。许多的误差来源也是传统测量工作中普遍出现的。如激光束发散特性，导致在距离扫描测量中的角度定位的不确定性，扫描系统各个部件之间的连接误差等，这些不确定性因素都会造成最终的点云数据中含有误差。系统的误差传播同样遵循测量误差传播的基本规律。

作为一种多传感器的集成系统，地面三维激光扫描系统的各部件组成部分之间通过一定的轴系来维持整个系统的运转。在操作中，造成获取数据含有误差的因素包括:

l)轴系之间的相互旋转引起的测距和测角误差;

2)扫描系统通过旋转的棱镜镜面来发射激光束到目标实体的表面，镜面的旋转同样会引起的测距误差;

3)在扫描系统提供的各种外置设备，如GPS或数码相机，这种仪器的之间的绑缚会导致最终点云数据的精度降低;

4)对具有绝对定向功能的激光扫描系统，测站点和后视点定位定向精度会影响着扫描获取数据的精度，如扫描仪整平对中操作中，人为因素造成的误差也是制约数据精度的一个重要原因。

5)扫描系统内置或外置的相机的校对误差，相机的标定误差;

6)外界环境，如温度、气压的影响，实体的反射特性等因素造成点云数据含有误差。

【答案来源】马立广—地面三维激光扫描测量技术研究—武汉大学

2.机载LiDAR测量技术的误差来源，影响机载LiDAR系统

测量精度和测量范围的因素？（20分）

机载激光雷达测量的误差按其产生的来源可分为四类：定位误差；测距误差；测角误差；集成误差和其他误差，如下图所示，

1）定位误差：GPS定位误差

GPS定位误差是目前影响机载激光雷达测量精度的最主要误差源之一。GPS定位误差主要包括卫星轨道误差、卫星钟钟差、接收机钟钟差、大气折射误差、多路径效应、天线相位中心不稳定、卫星星座、观测噪声、整周模糊度求解误差等。

2）测距误差：激光扫描测距误差

（1）激光扫描测距仪器误差。测距仪器的每个工作过程都会带来一定的误差，但其主要作用的是光学电路对经过地面散射和空间传播后的不规则激光回波信号进行处理来确定时间延迟带来的误差，分别有时延估计误差和时间测量误差。（2）大气折射误差。激光穿过大气时，要受到大气折射误差的影响，其影响程度取决于激光脉冲的波长，对同一种信号而言，大气折射误差主要与气温、气压和大气湿度有关。

（3）同反射面有关的误差。当脉冲信号照射到地面物体表面时，当信号发生漫反射时，出现大量的反射信号被接收，会形成较大的接受噪声；当信号发生镜面反射时，可能会造成测距信号的丢失。另外，还有由于信号的多次反射而形成的测定的时间延迟。

3)测角误差：

（1）扫描角误差对于旋转扫描镜，通常是以一条扫描线为一个周期，每个激光脚点对应的扫描角不是实际测量的，而是根据每条扫描线总的激光点数、系统扫描角和激光脚点在该扫描线的序号推求的。因此，相应要求扫描电机匀速转动，但在设计时不能完全保证匀速转动。所以，扫描电机的非匀速转动和扫描镜的震动都会给扫描角带来误差。

（2）姿态角误差

IMU测量姿态误差是影响机载LIDAR定位精度的最主要误差源之一。主要包括