机载LiDAR技术.pdf

北京东方道迩信息技术股份有限公司 测绘工程中心 2012.5© EastDawn, Ltd. 2011. All rights reserved.机载LiDAR技术目录目录数据特点数据特点3.工作方式工作方式2.1.4.行业应用行业应用5.技术特点技术特点技术原理技术原理1. 技术原理激光雷达（LiDAR） 是一种新型的快速测量系统，综合利用了多种测 量技术：  空间定位  惯性测量  激光扫描  数码影像可以直接联测地面物体各个 点的三维坐标1. 技术原理在工作波长一定的情况下，目标的反射特性会影响最大测距 地面介质对激光的反射系数取 决于激光的波长，介质材料以及介质 表面的明暗 黑白程度 高反射率的介质表面有光亮表面、草、树、 水面； 低反射率的介质表面一般为黑暗表面、沥 青、炭、铁的氧化物、潮 湿表面、泥巴、平静水 面等1. 技术原理-反射率材料材料反色率反色率木材96雪80-90石头（白色）85石灰岩大于75落叶林60松柏科树木30沙滩，沙漠501. 技术原理-扫描方式1. 技术原理-定位原理起点Os利用动态差分GPS测定 向量S的模用测距仪测量得到 姿态 利 用IMU测量( , , , )   1. 技术原理-多回波特点1. 技术原理2.技术特点技术特点快速数据获取能力快速数据获取能力高精度高精度DEMDEM数据数据高分辨率影像高分辨率影像少地面控制作业，GPS+IMU辅助测量全天时数据采集能力，不受阴影等影响内业处理高效 激光脉冲探测，直接获取三维坐标 点云采集密度高，地形表述细腻 利用多回波探测技术，植被穿透能力强2. 技术特点 少地面控制、激光点云辅助，影像平面精度高 低空作业，影像分辨率高传统航摄机载LiDAR测量方式测量方式被动式测量 ——被动接收地物反射，依赖自 然光主动式测量 ——主动发射激光，不受太阳高 度角限制采样方式采样方式面状二维采样 ——只有二维影像数据 ——影像质量高，平面精度优于 高程精度点、面采样相结合 ——激光逐点高密度采样得到三 维点云数据，数码相机面状采集 二维影像数据 ——高程精度优于传统航摄植被要素植被要素无法剔除植被影响 ——植被密集区域不能获取地面 数据植被穿透能力较强 ——利用激光多回波技术，可以 探测树下真实地形，精确建立真 实地面高程模型坐标坐标间接获取地面三维坐标 ——经过较大量外控和内业处理， 传统方法获取地面三维信息直接获取地面三维坐标 ——利用集成的机载POS定位定 姿系统直接记录三维坐标信息外业工作外业工作外业工作量大 ——布设大量地面控制点，无法 在地形复杂地区大量作业外业工作量小 ——仅布设少量地面基站，供后 期差分处理 ——进行国家/地方坐标转换，需 测量部分坐标转换控制点要素3.工作方式工作方式地面GPS 基站3.工作方式工作方式激光、影像 联合作业方式基站要求 沿测区走向进行基站点布设，基站辐射半径为50公里； GPS采样频率为1~2Hz； 采样时间为飞行滑行前30分钟开始，飞行落地不动后30 分钟停止观测。

CORS站如果摄区有较多CORS站，且能够满足航飞时地面基站要 求，可使用CORS站作为地面基站 PPP单点定位 不用地面基站，利用高精度卫星星历及卫星钟差进行单 点定位技术3.工作方式工作方式——地面基站地面基站运五B飞机2.工作方式工作方式——飞行平台飞行平台巡航速度最大航速最高升限续航时间160 千米/时256千米/时4500米5小时运十二飞机3.工作方式工作方式——飞行平台飞行平台巡航速度巡航速度最大航速最大航速最高升限最高升限续航时间续航时间260 千米/时328千米/时7000米5小时现在的机载LiDAR的主要产商有： Leica Optech RIEGL TopoSys IGI3.工作方式工作方式——主流设备主流设备美国Leica公司ALS系列激光扫描设备有： ALS70 ALS60 ALS50-II3.工作方式工作方式——主流设备主流设备 （（Leica））ALS70机载LiDAR系统 LS70 Scanner RCD30相机3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Leica））3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Leica））ALS60机载LiDAR系统 LS60 Scanner RCD30相机ALS50-II机载LiDAR系统 LS50 Scanner RCD105相机3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Leica））指指标标参参数数ALS70A LS60A LS50-II最大脉冲频率（kHz）500200150最大扫描频率（Hz）100100100相对航高（m）200–5000200–5000200–5000最大视场角（°）757575惯性定位及定向系统IPAS20IPAS20IPAS203.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Leica））LS系列激光扫描仪主要技术参数3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Leica ））RCD系列相机主要技术参数指指标标参参数数RCD30RCD105像元(μm)66.8CCD尺寸(pixels)8956×67087216×5412焦距(mm)5035/60最小拍摄间隔＞1s＞1s加拿大Optech公司的激光扫描设备有： ALTM Pegasus HD500 ALTM Gemini3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Optech））HD500机载LiDAR系统 DiMAC相机3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Optech））3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Optech））Gemini机载LiDAR系统 DiMAC相机3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Optech ））ALTM系列激光扫描仪主要技术参数指指标标参参数数HD500Gemini最大脉冲频率（kHz）500167最大扫描频率（Hz）14070相对航高（m）300–2500150–4000最大视场角（°）6550惯性定位及定向系统POS AV510POS AV510指指 标标参参 数数相机单幅面阵像素大小8984×6732pixels像元尺寸6μ像幅大小53.9×40.4mm镜头焦距50mm最小拍摄间隔2s3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ Optech ））DiMAC相机主要技术参数VQ-580扫描系统3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ RIEGL））3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ RIEGL ））指指 标标参参 数数扫描方式旋转正多面体扫描仪激光脉冲频率380kHz扫描视场角±30°测角分辨率0.001°测距精度25mmVQ-580机载LiDAR系统主要技术参数3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ TopoSys））FALCON扫描系统3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ TopoSys ））指指 标标参参 数数扫描方式基于光纤的推扫式摆动扫描飞行高度>1000m扫描视场角+/- 7Ε扫描频率300Hz波长1064nm10000米航高时的带宽250mFALCON机载LiDAR系统主要技术参数3.工作方式工作方式——主流设备（主流设备（ IGI ））德国IGI公司的Litemapper系列激光扫描仪有： Litemapper2400 Litemapper5600 Litemapper6800Litemapper系列激光扫描仪主要技术参数指指标标参参数数Litemapper2400Litemapper5600Litemapper6800最大脉冲频率（kHz）30240400最大扫描频率（Hz）60160160最大视场角（°）806060惯性定位及定向系统IMU-lleIMU-lleIMU-lle单位名称单位名称设备资源设备资源中国测绘科学研究院ALS60 铁三院ALS60河南测绘院ALS60太原ALS60铁四院ALS60大庆油田ALS60铁一院ALS70吉林测绘局ALS70核工业北京地质研究院ALTM GEMINI铁二院ALTM GEMINI中交宇科ALTM Orion天津勘察院ALTM GEMINI成勘院ALTM GEMINI广州建通Falcon（2台）3.工作方式工作方式——国内设备资源情况国内设备资源情况3. 工作方式工作方式——数据成果（数据成果（DEM））3. 工作方式工作方式——数据成果（数据成果（DOM））3. 工作方式工作方式——数据成果（数据成果（DLG）） 说明机载LiDAR获取的数据成果为WGS-84坐标系； 如果项目成果要求为地方坐标系（如北京54坐标系、西 安80坐标系）时，需要增加外控工作，利用外控成果， 获取转换参数，将WGS-84坐标转换为地方坐标。

3.工作方式工作方式——数据成果数据成果4.数据特点数据特点激光点云数据本身就是三维数据传统航测的航片是二 维的，两张相邻航片形成立体后才有三维信息4.数据特点数据特点——三维数据三维数据三维激光点云数据二维数码影像数据DEM数据高程精度高： 平地可以达到10-30cm 山地可以达到30-60cm 说明：这里的DEM高程精度是指WGS-84坐标系下，格网尺寸 为1~2米时的精度，当需要坐标转换，或格网尺寸增大 时，精度会有所降低4.数据特点数据特点——高精度高精度DEM3rdreturn from ground1st return from tree top2nd return from branches1st return from ground4.数据特点数据特点——植被穿透能力强植被穿透能力强1st2nd3rdlast4.数据特点数据特点——植被穿透能力强植被穿透能力强5.行业应用行业应用通道测量 基础测绘 海洋测绘 水利测绘 林业资源调查 灾害应急5、行业应用、行业应用走廊带地形勘测 线路走向设计 工程选址设计 工程填挖放量计算 拆迁量、树木砍伐量计算 工程维护 电力线危害距离监测 工程地形地貌变化监测 灾害预估及演练 工程施工管理 地形剖面分析 工程三维化管理5.行业应用行业应用——通道测量通道测量制作1:500-1:10000标准测绘产品 DEM DSM DOM DLG5.行业应用行业应用——基础测绘基础测绘滩涂现状调查 滩涂动态变化监测 滩涂类型调查 滩涂填挖方量计算 海岸线提取 海岸线长度量取 海岸线变化监测 海岸侵蚀变化监测 海岸类型 水灾模拟及应急演练 海岸大堤监测 岛礁地形测绘 岛礁资源调查 岛礁面积调查5.行业应用行业应用——海岸测绘海岸测绘堤坝选址 水利工程建设 流域测绘 流域规划 流域资源调查与保护 河岸剖面分析及填挖方量计算灌溉系统规划设计 防洪治涝工程 应急救灾、灾害统计、应急活动板房选址应急预案制定及演练5.行业应用行业应用——水利测绘水利测绘林地的面积，森林、林木蓄积 分析水文、地形、地貌、地理、坡度 树木高度、数量变化 森林采伐量统计5.行业应用行业应用——林业资源调查林业资源调查地震带调查 地震带宽度及长度统计 滑坡、泥石流监测 应急救灾5.行业应用行业应用——灾害应急灾害应急© EastDawn, Ltd. 2011. All rights reserved.谢谢谢谢! !。