機載激光雷達技術在各個方面迅速發(fā)展，相對于其它航空遙感技術，機載激光雷達技術是航空遙感技術領域的一場革命。但目前機載激光雷達數(shù)據(jù)主要應用于基礎測繪、三維城市建模和林業(yè)應用、鐵路、電力等。LiDAR 技術的研究和應用飛速發(fā)展，國外陸續(xù)研發(fā)并生產出商用LiDAR 系統(tǒng)占領了大量市場。常見的商業(yè)激光雷達系統(tǒng)主要有Leica公司的ALS80-HA 系統(tǒng)、Optech 公司的ALTMS 系統(tǒng)、Saab 公司的TopEye 系統(tǒng)、Riegl 公司的LMS-Q 系列系統(tǒng)等。我國近年來LiDAR 事業(yè)發(fā)展也較快，能生產一些實用性的LiDAR 設備，LiDAR 技術的實踐應用也不斷拓展和深入。

機載激光雷達樣式

　　1 機載激光雷達技術的特點與優(yōu)勢

　　激光雷達技術作為一種新興的測繪探測技術，和其他測繪探測技術手段相比，具有一定優(yōu)勢。

　　1)激光雷達技術是一種主動式測繪地表空間信息的技術手段。

　　測繪探測技術手段總體來說可以分為兩大類：主動式和被動式。被動式測繪探測技術獲取的信息來自于目標反射的電磁波信息(如太陽光)或者目標自身輻射的電磁波信息，此類型的測量技術手段受天氣、光照等自然條件的影響和制約。機載激光雷達技術屬于主動式探測手段，通過主動發(fā)射激光脈沖，獲取探測目標反射回來的信號并處理得到地表目標的空間信息。因此，機載激光雷達技術有不受天氣、光照等條件制約的優(yōu)勢。例如在汶川地震中，機載激光雷達技術就在惡劣復雜的環(huán)境中獲取了高精度的地面空間信息。

機載激光雷達掃描樣式

　　2)機載激光雷達技術獲取空間信息的速度快，效率高，作業(yè)安全。

　　機載激光雷達技術通過飛行器的飛行和激光脈沖的掃描完成探測工作，能在短時間內獲取大區(qū)域、大范圍的地表空間信息，工作效率較高。和傳統(tǒng)的人工測量的技術手段相比，極大地減少了工作量，縮短了外業(yè)測量的時間，提高了探測工作的效率。利用無人機等飛行器進行探測，可以對很多較為危險的區(qū)域進行探測，使得作業(yè)的安全性得以保障。這些優(yōu)勢在電力巡線中有很好的應用。

　　3)機載激光雷達發(fā)射的激光脈沖對于植被具有一定的穿透作用。

　　在對森林等區(qū)域進行探測時，存在著樹木等植被的枝葉遮擋的情況，這對探測的結果會有較大的影響。機載激光雷達技術發(fā)射的激光脈沖信號對植被具有一定的穿透能力，可以很大程度上減少植被枝葉遮擋等造成的信息損失，獲取森林地區(qū)的真實地形數(shù)據(jù)。

　　4)機載激光雷達技術獲取的數(shù)據(jù)精度較高。

　　探測技術獲取的數(shù)據(jù)的精度，是評價該技術的重要方面和指標。機載激光雷達技術能快速獲取大范圍區(qū)域的地面目標的空間坐標，獲取的坐標具有較高的精度，保證了數(shù)據(jù)的可用性。在 1 km 的飛行高度下，機載 LiDAR 所獲取的點云數(shù)據(jù)的高程精度可以達到15~20 cm，平面精度可以達到 30~100 cm。

　　5)機載激光雷達技術提供的信息較為豐富。

　　機載激光雷達技術不僅能夠解算地面目標的三維空間坐標，同時可以記錄地面目標的強度信息，部分LiDAR系統(tǒng)還能夠記錄回波次數(shù)信息。豐富的信息為LiDAR數(shù)據(jù)的使用提供了更多的可能性。強度信息和地面目標的反射率密切相關，不同物體具有不同的反射特性，將強度信息和三維坐標信息結合使用，可以用于對探測目標進行識別和分類?；夭ù螖?shù)信息同樣也可以作為一種輔助信息來使用。機載激光雷達技術能夠提供豐富的信息，這也是LiDAR 技術的一大特點和優(yōu)勢。部分學者綜合使用LiDAR 設備采集的多種信息，取得了很好的效果。不同測繪探測技術的性能對比如表1。

　　表1 各種探測技術的對比[14]

　　激光雷達技術也存在著一定的不足，主要包括以下幾個方面：

　　1)機載激光雷達技術采集的數(shù)據(jù)具有一定的盲目性。

　　雖然LiDAR 技術能夠獲取大量的采樣數(shù)據(jù)，但其數(shù)據(jù)采集具有一定的盲目性，發(fā)射的激光點束不一定會打在關鍵的地形點上，可能導致關鍵地形點信息的缺失。而且，當發(fā)射的激光點束打在飛鳥、行人或者深井上，會造成點云數(shù)據(jù)出現(xiàn)粗差，因此在使用點云數(shù)據(jù)前，必須要進行粗差的探測與剔除。

　　2)機載激光雷達技術比較復雜，專業(yè)性強。

　　機載激光雷達是一種集成的設備，包含諸多先進的技術設備，如果沒有相應的技術能力，將無法合理操作。

　　3)機載激光雷達數(shù)據(jù)產品比較少。

　　目前機載激光雷達的產品比較單一，沒有充分發(fā)揮LiDAR 點云數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，在具體的行業(yè)應用中，經(jīng)常需要專門設計對應的產品類型、指標和流程，程序比較繁瑣，且產品質量不穩(wěn)定。

　　2 機載激光雷達技術的發(fā)展趨勢及應用前景

　　2.1 發(fā)展趨勢

　　LiDAR 技術是新興的測繪技術，未來仍有很大的發(fā)展?jié)摿?。機載LiDAR 技術會朝著獲取多源數(shù)據(jù)、處理多源數(shù)據(jù)、生產多樣數(shù)據(jù)產品方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大方面。

　　硬件方面，當前的機載LiDAR 系統(tǒng)的硬件設備型號多樣，不同廠商提供了豐富多樣的LiDAR 硬件系統(tǒng)。LiDAR 系統(tǒng)的軟件發(fā)展主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)獲取方面。為滿足生產實際的需求，機載LiDAR 硬件系統(tǒng)需要往多平臺、多型號、多傳感器、多波束的方向發(fā)展。

　　1)機載LiDAR 硬件系統(tǒng)的平臺趨于多樣化，比如無人機搭載的LiDAR 系統(tǒng)就受到很多單位和研究人員的關注。

　　2)單一型號的硬件系統(tǒng)很難滿足實際的探測需求，適應不同探測條件的多型號LiDAR 系統(tǒng)正逐步發(fā)展起來。

　　3)多傳感器的LiDAR 系統(tǒng)具有更優(yōu)的探測能力。

　　4)傳統(tǒng)的LiDAR 系統(tǒng)主要針對陸地地表信息采集所用，其波長位于近紅外附近。隨著用戶實際需求的不斷擴大，機載LiDAR 系統(tǒng)不僅能夠探測陸地地表信息，還應該能夠滿足對非陸地，比如水域等的探測需求。探測不同類型區(qū)域目標應采用合適的探測波段，因此機載LiDAR 系統(tǒng)會朝著多波束方向發(fā)展[16]。

　　軟件方面，當前的機載LiDAR 系統(tǒng)的處理軟件也比較多，但相對于硬件系統(tǒng)而言是落后的。機載LiDAR 系統(tǒng)的軟件主要用于處理LiDAR 數(shù)據(jù)，并生產多類型的數(shù)據(jù)產品。就此而言，LiDAR 系統(tǒng)的軟件發(fā)展主要體現(xiàn)在以下兩方面：

　　1)數(shù)據(jù)處理方面。

　　LiDAR 系統(tǒng)具有全天時的數(shù)據(jù)獲取能力，而且效率高、速度快。面對不同LiDAR 系統(tǒng)獲取的多時相、多氣候條件下的海量數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)的發(fā)展應該不斷提高其處理數(shù)據(jù)的速度，提高其處理不同類型數(shù)據(jù)的能力。

　　2)數(shù)據(jù)產品方面。

　　LiDAR 的軟件系統(tǒng)不僅要能夠快速高效地處理多類型數(shù)據(jù)，還要根據(jù)實際的需求，生產出滿足應用需求的數(shù)據(jù)產品，保證產品的質量。當前的LiDAR 軟件系統(tǒng)能夠提供一些滿足實際需求的產品，但仍需要從理論和實踐中探究數(shù)據(jù)處理的算法，提高數(shù)據(jù)產品的精度。

　　機載LiDAR 技術目前已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，在諸多領域都得到了廣泛的應用。作為一種高效高精度的測繪探測技術，機載LiDAR 技術會朝著獲取多源數(shù)據(jù)、處理多源數(shù)據(jù)、生產多樣數(shù)據(jù)產品方向發(fā)展，這對LiDAR 的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都有一定的要求。

機載激光雷達的詳細技術參數(shù)

　　2.2 應用前景

　　1)機載激光雷達在測繪行業(yè)的應用前景。

　　機載LiDAR 硬件的發(fā)展，出現(xiàn)了平臺多樣化、型號多樣化的特點，能滿足大比例尺地圖測繪、工程測量、變形監(jiān)測等不同測繪行業(yè)的各種需求;而軟件方面，數(shù)據(jù)處理速度的提升、數(shù)據(jù)處理量的增加、數(shù)據(jù)產品類型的豐富，將為測繪行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

　　2)機載激光雷達在林業(yè)的應用前景。

　　隨著機載LiDAR 技術獲取多源數(shù)據(jù)、處理多源數(shù)據(jù)能力提升，及其可直接獲得單株木的位置、樹高和冠幅這3 個垂直結構參數(shù)的特點，使得樹種識別得到了一定程度的提高，而森林樹種的精細識別是森林碳儲量估算、森林生物多樣性等研究的基礎，因此，機載LiDAR 的發(fā)展對于我國林業(yè)的發(fā)展也有質的提升[18]。

　　3)機載激光雷達在水利行業(yè)的應用前景。

　　機載LiDAR 數(shù)據(jù)產品豐富、自動化程度高、獲取數(shù)據(jù)精度高、生產周期短等優(yōu)勢，在水利樞紐工程中得到了較好的應用，可減小外業(yè)調查的工作量，提高工作效率、降低生產成品;無人機機載LiDAR 系統(tǒng)更可在防汛抗旱、搶險救災、水土保持監(jiān)管、河道監(jiān)管、凍土監(jiān)測、山洪災害調查、水溫分析等水利行業(yè)的多個領域進行應用，具有較好的應用前景。

      飛燕空遙感擁有兩臺機載激光雷達(RIEGL VQ-1560i 機載激光雷達測量系統(tǒng))應用于高密度點云測圖及超大面積測繪的全波形數(shù)字化雙激光發(fā)射器機載激光雷達系統(tǒng)。