機載激光雷達(dá)-李德仁.pdf

《機載激光雷達(dá)-李德仁.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、LiDAR原理,技術(shù)與應(yīng)用武漢大學(xué)李德仁院士2010年7月23日,青島主要內(nèi)容一、機載LiDAR原理,技術(shù)與應(yīng)用二、機載LiDAR與光學(xué)影像的聯(lián)合處理三、基于光學(xué)成像和激光雷達(dá)技術(shù)的移動測量系統(tǒng)四、地面LiDAR及在文物保護中的應(yīng)用五、結(jié)束語一、機載LiDAR原理激光回波測距原理激光是具有大功率、高度方向性的光束。激光回波測距的原理是由激光器發(fā)射激光并接收回波，加上一個能記錄激光發(fā)射和接收時間點的計時器，就很容易的通過以下公式得到距1離：R?ctL2ReturnClockTargetSensorHead機載LiDA

2、R數(shù)據(jù)采集原理GPS&INSPosition.DistanceResult:XYZPos.inWGS84坐標(biāo)系由回波測距測量距離、由POS系統(tǒng)測量飛機姿態(tài)和激光束掃描角度，即可以獲得激光束在地面撞擊點的三維坐標(biāo)。該裝置安置在衛(wèi)星、飛機和汽車上，分別為星載、機載和車載激光雷達(dá)。地面LiDAR無需POS系統(tǒng)。機載LiDAR掃描原理?上述激光測距系統(tǒng)，只能測量單點的三維空間坐標(biāo)。要進行面狀測量，必須要加入掃描裝置?主要由三種類型的掃描原理–搖擺掃描鏡（oscillatingmirror)，為Leica，Optech采用–

3、旋轉(zhuǎn)多棱鏡（rotatingpolygon)，為Riegl和IGI采用–光纖掃描（fiberscanning)，僅為TopoSys的Falcon系統(tǒng)采用機載LiDAR掃描原理-擺動掃描鏡優(yōu)點：?掃描角度可以調(diào)節(jié)?較高的數(shù)據(jù)獲取航高缺點：?扭矩、加速度、機器磨損兩個擺動方向而產(chǎn)生對于地面的雙向掃描，在地面上形成Z引起誤差形掃描線?掃描條帶兩邊的點密集，而中間的點少機載LiDAR掃描原理-擺動掃描鏡密度最均勻情況密度最不均勻情況?比較適合于精度要求不太高，而測量面積又比較大的應(yīng)用場合?設(shè)備要經(jīng)常進行檢校，使用時間過長后

4、，精度受影響較大機載LiDAR掃描原理-旋轉(zhuǎn)正多面體掃描儀優(yōu)點：?掃描點是均勻分布的?旋轉(zhuǎn)較扭矩式磨損少，設(shè)備能保持長期的可靠性和穩(wěn)定性缺點：旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡只有一個旋轉(zhuǎn)?視場角不可調(diào)節(jié)方向，其每個表平面都按同一方向?不適合較高的航高獲取數(shù)據(jù)掃描，在地面形成單向掃描平行線機載LiDAR掃描原理-旋轉(zhuǎn)正多面體掃描儀點云數(shù)據(jù)分布均勻機載LiDAR掃描原理-光纖掃描儀優(yōu)點：?是發(fā)射光路和接受光路一一對應(yīng)，激光發(fā)射頻率不受航高視場角約束?點云數(shù)據(jù)密度均勻（同旋轉(zhuǎn)正多面體掃描儀）缺點：掃描角固定?數(shù)據(jù)獲取范圍小?要求飛機平

5、臺低速飛行激光束固定的纖維線陣機載LiDAR多次回波信息-樹木1st返回從樹頂2nd返回1st(僅一次)從樹枝從地面返回3rd返回從地面機載LiDAR多次回波信息-房屋1st返回從房頂2nd返回1st(僅一次)從房檐從地面返回3rd返回從地面?zhèn)鹘y(tǒng)遙感傳感器是地表的二維成像全數(shù)字波形分析概念連續(xù)波回波記錄離散回波記錄機載LiDAR分類?針對大氣應(yīng)用：大氣圈層結(jié)構(gòu)激光雷達(dá)?航空測繪應(yīng)用：地形測量?地面激光雷達(dá)：近地面三維建模在測繪領(lǐng)域中，所談的機載激光雷達(dá)大部分指用于地形測繪用的機載激光雷達(dá)系統(tǒng)?事實上，機載LiDAR

6、系統(tǒng)有陸地和海洋之分。海洋LiDAR是為了測量海底地形而研制的，主要為國外的軍方使用，我們通常說的機載LiDAR主要操作于陸地上，為獲取陸地DEM數(shù)據(jù)而研制的。?LIDAR系統(tǒng)的操作平臺主要為飛機。一般航攝飛機、直升機都可以搭載LIDAR。美國NASA開始在衛(wèi)星上搭載LiDAR，他們發(fā)射的ICEsat衛(wèi)星上就有LiDAR系統(tǒng)。機載LiDAR研究背景和意義機載LiDAR是新型航空傳感器。在對地觀測領(lǐng)域，機載LiDAR系統(tǒng)直接獲取高精其最初目的是為獲取高精度的數(shù)字表面模型，還可以同度數(shù)字表面模型。經(jīng)一定時獲取回波、強度

7、等數(shù)據(jù)為目處理，獲得剔除植被、人標(biāo)識別、分類提供輔助數(shù)據(jù)。機載LiDAR系統(tǒng)可以攜帶航空工建筑等以后的數(shù)字地面多光譜CCD相機，具備了同時模型。應(yīng)用已經(jīng)擴大到基獲得多光譜CCD影像的能力，礎(chǔ)測繪、林業(yè)管理、管線為后續(xù)應(yīng)用提供了豐富的數(shù)據(jù)選線、島礁測繪、困難地資源。區(qū)測繪等領(lǐng)域機載LiDAR數(shù)據(jù)特點?數(shù)據(jù)的密度–每平米1個點或更多(0.4xo.4m)?數(shù)據(jù)的精度–垂直精度可以達(dá)到5-15cm–平面精度可以達(dá)到10-75cm?數(shù)據(jù)的分布–掃描帶重疊區(qū)域數(shù)據(jù)密度高–一個掃描內(nèi)點的間距很小，而掃描線之間點的間距卻較大–采樣

8、模式和地形起伏對數(shù)據(jù)的分布也有影響?噪聲–系統(tǒng)誤差–高的及低的局外點(粗差)–空洞機載LiDAR數(shù)據(jù)精度影響因素?LiDAR獲得的水平和垂直精度和眾多因素有關(guān)，主要的有內(nèi)外兩種因素：?GPS＋I(xiàn)MU（POS）系統(tǒng)和激光系統(tǒng)本身都有自身的精度限制，此為內(nèi)因。?外因主要與航線設(shè)計、飛行條件、大氣條件、地形起伏因素和植被覆蓋有關(guān)。?在給定系統(tǒng)誤差的情況下，LIDA