機載激光雷達系統（Light Detection And Ranging，簡稱LIDAR），也叫機載激光雷達，是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，它集成了激光掃描儀、差分GPS系統、IMU（Inertial Measurement Unit，慣性量測單元，用以量測飛機平臺的飛行姿態(tài)）、數碼相機。在動態(tài)載波相位差分GPS系統和IMU的支持下，激光掃描系統通過激光掃描器和距離傳感器，經由微計算機對測量資料進行內部處理，顯示或存儲、輸出距離和角度等資料，并與距離傳感器獲取的數據相匹配，經過相應軟件進行一系列處理來獲取被測目標的表面形態(tài)和三維坐標數據，從而進行各種量算或建立立體模型。

　　在過去十年，機載LIDAR作為精確、快速的獲取地面三維數據的工具已經得到廣泛的認同。至2004年全球已經有超過30類不同型號的激光掃描系統投放市場。加拿大Optech公司生產的ALTM和SHOALS、美國Leica公司的ALS50、瑞典的TopoEye AB公司生產的TopEye、德國IGI公司的LiteMapper、法國Toposys公司的FalconⅡ等是當前較成熟的商業(yè)系統。

　　1 LIDAR數據獲取 的基本原理

　　當機載LIDAR航攝飛行時，激光掃描儀發(fā)射、接收激光束，對地面進行線狀掃描，與此同時，動態(tài)GPS系統確定傳感器的空間位置（經緯度），IMU測量飛機的實時姿態(tài)數據，即滾動、仰俯和航偏角。由于系統的幾個部分同步工作并集成于一體，GPS 和IMU的數據融合極為方便，所以經后期地面數據處理后，即可獲取地面的三維數據。

　　2 LIDAR數據的獲取和處理

　　2.1 LIDAR設備選擇

　　在某市1∶500比例尺地形測量項目中，高程精度的要求優(yōu)于0.15 m，我們選擇了加拿大Optech公司的ALTM3100。基于30年的LIDAR生產經驗，新一代的ALTM-3100采樣頻率高達100 kHz，1200 m航高以下高程精度達到0.15 m，平面精度可以達到航高的1/3000，能夠滿足設計需求。

　　2.2 航攝高度和飛行時間的選擇

　　LIDAR數據的精度與航攝高度有關，本攝區(qū)航攝的目的是為1∶500基礎測繪數字產品提供高程數據，為確保測繪成果的質量，根據現行相關技術標準的規(guī)定和ALTM-3100的性能規(guī)格，以及飛機性能和攝區(qū)對航高的約束條件，設計飛行高度為800 m。

　　LIDAR系統是一個先進的主動傳感系統，它不依賴太陽光照，所以在獲取地面三維信息時可以考慮夜航。飛行作業(yè)中，需根據測區(qū)內實際星歷數據情況，選擇避開GPS信號較弱時段。為了避免植被，尤其是農作物對真實地面的干擾，建議選擇秋冬季節(jié)進行航飛。所以測區(qū)的航攝時間選擇在當年10月至次年1月間，并且增加了夜航。

　　2.3 LIDAR數據的獲取

　　該1∶500地形測量項目共涉及飛行11個架次，其中1個架次為檢校場飛行，用于ALTM-3100系統檢校，其他10個架次為測區(qū)航攝飛行。全測區(qū)面積810 km2，航線總計81條，總長2613.5 km2，飛行高度800 m，有效飛行時間為29小時30分。激光掃描儀脈沖頻率100 kHz，掃描頻率43 Hz，掃描角度21°，旁向重疊率30%，激光點地面點間距0.52 m。

　　2.4 LIDAR數據的處理

　　LIDAR航攝飛行結束后，要盡快對航飛數據進行有效性評價，決定是否需要補飛或重飛，進而解算激光點數據，并進行分類處理。

　　2.4.1 LIDAR數據處理流程

　　原始數據解碼：原始采集的激光數據與POS數據（定位定向數據，包括DGPS數據和IMU數據）需要進行解碼，從而獲得GPS文件，IMU文件，激光點文件等；POS數據處理：機載POS與地面基站GPS進行差分和融合，獲得精確坐標；激光數據處理：處理后的POS數據與激光點數據融合，獲得地面坐標；輸出激光點文件。

　　2.4.2 LIDAR數據處理說明

　　解算原則，方法：實際解算，采用多邊形范圍輸出，以單條航線存儲為一個激光點文件；坐標系統，采用WGS84橢球，UTM投影坐標系；POS處理說明：處理基站時，使用某市所在省份的GPS控制網，并同時保證機場附近架設一個基站，由觀測手簿獲得基站坐標及天線高；使用基站時，盡可能多的使用離測區(qū)范圍最近的所有基站。航帶重疊處理：航線與航線之間重疊的部分，根據航線，將重疊部分的數據劃分出去，減小數據量。

　　2.4.3 LIDAR數據分類處理

　　LIDAR數據包括很多類型，例如房屋建筑、植被、水體、地表、管線等，如果要提取DTM（Digital Terrain Model，數字地形模型），就必須將非地表類型點和地表點分離開，也就是要進行數據分類。目前基于LIDAR數據點濾波的方法絕大部分都是基于三維激光數據腳點的高程突變等信息進行的，概括來講主要有移動窗口法，迭代線性最小二乘內插法，基于地形坡度濾波和移動曲面擬合法等幾種。

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