機載激光雷達系統(tǒng)的特征及其優(yōu)勢分析.pdf

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1、2014年第6期信息通信2Ol4(總第138期)INFORMATION&COMMUNICAT10NS(Sum．No138)機載激光雷達系統(tǒng)的特征及其優(yōu)勢分析賴志恒，周孝軍，孫興華(1．西安煤航信息產(chǎn)業(yè)有限公司，陜西西安710054；2．國家測繪地理信息局第一地形測量隊，陜西西安7100543．陜西省交通規(guī)劃設計研究院，陜西西安710065)摘要：機載激光雷達系統(tǒng)可以快速高精度、高密度地獲取地面影像及其匹配的三維點云坐標數(shù)據(jù)，具有POS定位技術，無需(或少量)地面控制即可獲取像片的外方位元素，直接用于高精度的3D產(chǎn)品生產(chǎn)，可簡化復雜工序，減少外業(yè)測量工作量，降低成本，縮短航測成圖周期。

2、關鍵詞：Lidar；激光點云；DGPS；IMU中圖分類號：TN958．98文獻標識碼：A文章編號：1673．1131(2014)06．0092—010引言要缺點是誤差隨時間迅速積累增長。可以看出DGPS與IMU正好是互補的，因此，最優(yōu)化的方法是對兩個系統(tǒng)獲得的信息眾所周知，攝影測量經(jīng)歷了模擬攝影測量、解析攝影測量進行綜合，這樣可得到高精度的位置、速率和姿態(tài)數(shù)據(jù)。IMU／與數(shù)字攝影測量三個階段，但獲取地面三維數(shù)據(jù)的工作流程基DGPS數(shù)據(jù)的處理主要是通過卡爾曼濾波來實現(xiàn)的。本沒有太大變化，如航空攝影一攝影處理一地面測量(空中三角測量)一立體測量一制圖的模式基本沒有太大變化。這種模2掃描工

3、作原理式生產(chǎn)周期長、費用高、效率低、高程點獲取的密度低，己不適目前兩種掃描主流：以徠卡公司的ALS60為代表的Z字應當前信息社會的需要。掃描方式和瑞典AHAB公司的Chiroptera蝙蝠相機為代表的機載激光雷達技術的出現(xiàn)，正好彌補了攝影測量技術在上橢圓式掃描方式。述技術領域和區(qū)域的缺陷和不足。3機載激光雷達技術與傳統(tǒng)航測技術比較的優(yōu)勢1機載激光雷達系統(tǒng)組成機載激光雷達技術與傳統(tǒng)航測技術相比，具有很大的技術機載LiDAR(LightDetectionAndRanging)又稱機載激光優(yōu)勢與綜合經(jīng)濟優(yōu)勢。雷達(激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱)，該系統(tǒng)是基于激光測距技3．1成果的整體精度更高術

4、、差分GPS技術(DGPS，DiferentGlobalPositioningSys—(1)三維激光點云數(shù)據(jù)都是由激光直接測量得到，而傳統(tǒng)tern)，技術和慣性導航技術這三種技術集成的一個軟硬件系統(tǒng)，航測本質(zhì)上是依據(jù)有限幾個像控點基于航測理論進行的擬合并集成專業(yè)的航空數(shù)碼攝影相機，可以快速高精度、高密度獲測量。取地面影像及其匹配的三維點云坐標數(shù)據(jù)，具有慣導定位技術，(2)三維激光雷達系統(tǒng)采集原始點的密度遠遠高于傳統(tǒng)航無需(或少量)地面控制即可獲取像片的外方位元素，直接用于測，平均每平方米可達到一個、甚至十幾個原始數(shù)據(jù)點，這是傳高精度的3D產(chǎn)品生產(chǎn)，具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)統(tǒng)

5、航測立體像對模擬技術采集或工程測量人工采集所無法比據(jù)生產(chǎn)周期短、精度高等特點。．擬的。1．1激光雷達測距系統(tǒng)(3)高程測量精度比其它測繪方法要高，特別在對傳統(tǒng)測距離測量的四個過程：量手段存在較大困難的樹木植被覆蓋地區(qū)，由于激光具有較強(1)激光發(fā)射，通過掃描鏡的轉動并發(fā)射到地面，同時信號的穿透能力，能夠獲取到更高精度的地形表面數(shù)據(jù)。取樣得到激光主波脈沖；3．2生產(chǎn)效率更高、工期相對較短(2)激光探測，通過同一個掃描鏡和望遠鏡收集反射回來(1)航飛高度較低，同時由于是主動發(fā)射激光脈沖進行測的激光回波信號，并轉換為電信號；量，航飛時受天氣的影響比傳統(tǒng)航測要小，適合飛行天氣多。(3)時延估

6、計；(2)機載LiDAR測量技術只需要少量的人工野外測量工(4)時間延遲測量；作，內(nèi)業(yè)智能化、自動化生產(chǎn)水平較高。1．2DGPS技術(3)綜合利用二維航空影像數(shù)據(jù)與三維激光點云數(shù)據(jù)，在機載LiDAR采用動態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)。利用安裝內(nèi)業(yè)即可清晰判別絕大部分地物，能大大減少傳統(tǒng)航測的外業(yè)了電機上與LiDAR相連接的和沒在一個或多個基準站的至少調(diào)繪工作量。兩臺GPS信號接收機同步而連續(xù)地觀測CPS衛(wèi)星信號、同時(4)基于三維激光點云數(shù)據(jù)能快速直接獲得DSM／DEM等記錄瞬間激光和數(shù)碼相機開啟脈沖的時間標記，通過載波相位成果。測量差分定位技術的離線數(shù)據(jù)后處理獲取LiDAR的三維坐標。

7、3_3成果質(zhì)量更有保障1．3IMU姿態(tài)測量系統(tǒng)三維激光雷達系統(tǒng)是同時采集激光點云、數(shù)碼影像等多源雖然DGPS系統(tǒng)可量測傳感器的位置和速率，具有高精原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)之間彼此可以互驗，而傳統(tǒng)航測只采集單度，誤差不隨時間積累等優(yōu)點，但其動態(tài)性能差(易失鎖)、輸出影像類原始數(shù)據(jù)。頻率低，不能兩側瞬間快速的變化，沒有姿態(tài)量測功能。而IMU有姿態(tài)量測功能，具有完全自主、無信號傳播、既能定位、測速，作者簡介：賴志恒(1976．)，男，江西寧都人，研究方向為航空又可快速