激光雷達(dá)（LiDAR）與攝影測(cè)量的應(yīng)用展望

發(fā)布日期：2018-05-22 00:00 瀏覽量：15773

　　在測(cè)繪行業(yè)內(nèi)，航空攝影測(cè)量技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展歷程，已經(jīng)形成了完整的系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式。近年來，新型的機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)正受到越來越多的關(guān)注。

　　1．激光雷達(dá)工作原理及特點(diǎn)

　　1.1激光雷達(dá)的工作原理

　　激光雷達(dá)是用激光器作為輻射源的雷達(dá)，是綜合應(yīng)用了激光測(cè)距、IMU、GPS技術(shù)的快速測(cè)量系統(tǒng)。

　　由發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、跟蹤架及信息處理機(jī)等部分組成。

　　根據(jù)S=c*t原理，通過接收機(jī)精確記錄激光從發(fā)射到返回的時(shí)間差，計(jì)算得到距離，再結(jié)合激光器的高度,激光掃描角度，GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù),就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的Ｘ,Ｙ,Ｚ座標(biāo)。LiDAR系統(tǒng)通常還集成高分辨率數(shù)碼相機(jī)，在進(jìn)行激光掃描的同時(shí)，獲取同一區(qū)域的高分辨率數(shù)碼影像。

激光雷達(dá)（LiDAR）與攝影測(cè)量的應(yīng)用展望.jpg

　　1.2激光雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)

　　同其他技術(shù)手段相比，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)越性主要有：激光雷達(dá)是“發(fā)射-接收一體化”的主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不依賴太陽光照；激光能部分穿過植被并反射接收，可快速獲得相對(duì)真實(shí)的地物測(cè)量數(shù)據(jù)；激光束幾乎不受霧、云等氣象條件的影響，幾乎可以全天候作業(yè)；激光雷達(dá)測(cè)量基本不需要地面控制點(diǎn)，具有很強(qiáng)的時(shí)效性；測(cè)量數(shù)據(jù)精度高；激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)密集；坐標(biāo)與影像同步；自動(dòng)化程度高；數(shù)據(jù)可利用率高；相對(duì)成本較低。

　　2.攝影測(cè)量原理及特點(diǎn)

　　2.1攝影測(cè)量原理

　　攝影測(cè)量就是利用攝影手段獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，研究影像的成像規(guī)律，對(duì)所獲取影像進(jìn)行量測(cè)、處理、判讀，從中提取目標(biāo)物的幾何的或物理的信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)測(cè)繪成果的學(xué)科。它的主要研究?jī)?nèi)容有：獲取目標(biāo)物的影像，對(duì)影像進(jìn)行處理，將所測(cè)得的成果用圖形、圖像或數(shù)字表示。

　　采用膠片作為存儲(chǔ)介質(zhì)的模擬式航空攝影測(cè)量，其處理數(shù)據(jù)是灰度影像，主要產(chǎn)品是DTM、DSM、DOM，還可以用于2D或3D重構(gòu)，地物分類以及可視化(地圖、3D景觀、動(dòng)畫和仿真)。處理航片時(shí)，通常先用掃描儀將膠片影像數(shù)字化，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理。

　　當(dāng)前航空攝影已進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，影像的采集方式多樣化，測(cè)量系統(tǒng)處理的對(duì)象是數(shù)字影像，處理方式相對(duì)靈活，產(chǎn)品形式也因此大為豐富，許多功能更好的處理算法還在不斷的發(fā)展和完善。

　　2.2 攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

　　總的來說，攝影測(cè)量的主要特點(diǎn)有：被動(dòng)式取光成像；精度高；地物影像可識(shí)別率高，直接參考性強(qiáng)。模擬式航攝儀：堅(jiān)固耐用，適用溫度閾值較寬，性能穩(wěn)定，故障率低，維護(hù)費(fèi)用較低，而且膠片存儲(chǔ)影像具有很好的穩(wěn)定性；數(shù)碼航攝儀：綜合了DGPS/IMU等先進(jìn)技術(shù)，具有較好的正攝效果和平面精度，可以大大減少外業(yè)控制工作量；航攝過程實(shí)現(xiàn)了部分自動(dòng)化管理，操作相對(duì)簡(jiǎn)單；航攝數(shù)據(jù)采用硬盤存儲(chǔ)，簡(jiǎn)單方便；數(shù)據(jù)可利用率較高。攝影測(cè)量的缺點(diǎn)是受天氣條件影響較大，攝影測(cè)量要求很好的光線通透性，不能有云、云影、霧氣，還要考慮太陽高度角變化造成的地物陰影影響。

　　3.適用性分析

　　激光雷達(dá)技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)，各有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也各有缺陷。直觀的對(duì)兩者進(jìn)行性能比較，實(shí)際上并不科學(xué)，嚴(yán)格講二者的測(cè)量原理差異甚大，幾乎沒有可比性。測(cè)量工作中該用哪個(gè)，只能根據(jù)具體的任務(wù)需求合理權(quán)衡。

　　如果工程需要精確測(cè)量某區(qū)域的地形起伏，建筑高程，植被高矮等數(shù)據(jù)，而對(duì)地物影像要求較低，用激光雷達(dá)測(cè)量則能快速的高質(zhì)量的完成作業(yè)；如果工程要求精確測(cè)量地物輪廓，相互間距，形色并俱，或者要生成實(shí)景漫游等數(shù)據(jù)，而且對(duì)地物高程精度有一定要求的，則當(dāng)用攝影測(cè)量，但同時(shí)必須明確的是，要考慮攝影測(cè)量時(shí)效性稍差的影響因素。

　　4.發(fā)展前景展望

　　攝影測(cè)量在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)航測(cè)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，伴隨著硬件集成技術(shù)和軟件整合控制技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)的數(shù)碼航攝儀必將推動(dòng)地圖生產(chǎn)模式的革新。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)具有更大的發(fā)展?jié)摿?，特別是數(shù)據(jù)處理算法以及軟件和系統(tǒng)的開發(fā)方面，還有許多發(fā)展空間。未來的發(fā)展方向?qū)⑹嵌喾N高端技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)、高端影像掃描系統(tǒng)以及GPS/INS系統(tǒng)的高效集成，將促使整個(gè)攝影測(cè)量領(lǐng)域飛速發(fā)展。

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