機載LIDAR系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)

1、機載LIDAR系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)機載激光雷達(LiDAR)技術(shù)，是一種通過位置、距離、角度等觀測數(shù)據(jù)直接獲取對象表面點的三維坐標，實現(xiàn)地表信息提取和三維場景重建的對地觀測技術(shù)。機載激光雷達系統(tǒng)集成了GPS、IMU、激光掃描儀、數(shù)碼相機等光譜成像設(shè)備。其中主動傳感系統(tǒng)(激光掃描儀)利用返回的脈沖可獲取探測目標高分辨率的距離、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被動光電成像技術(shù)(數(shù)碼相機)可獲取探測目標的數(shù)字成像信息，經(jīng)過地面的信息處理而生成逐個地面采樣點的三維坐標，最后經(jīng)過綜合處理而得到沿一定條帶的地面區(qū)域三維定位與成像結(jié)果，如高密度點云數(shù)據(jù)、高分辨率數(shù)字正射影像DOM、各種數(shù)字地形模型DTM、表面模型

2、DSM、大比例尺地形圖DLG等，并且利用激光LIDAR的高密度點云所形成的數(shù)字地表模型經(jīng)過一定的加工可以制作真正在國土、規(guī)劃和城市建設(shè)管理、以及數(shù)字城市建設(shè)中可以應(yīng)用的3D電子沙盤。傳統(tǒng)的航空攝影測量制作技術(shù)主要依靠空中三角立體測量技術(shù),依賴航空攝影、攝影處理、地面測量(空中三角測量)、立體測量、制圖過程的生產(chǎn)模式,周期明顯太長,已經(jīng)無法適應(yīng)當前信息社會的需要。激光雷達(Light Detection And Ranging, LiDAR)技術(shù)是現(xiàn)代對地觀測的最新技術(shù)之一,通過位置、距離、角度等觀測數(shù)據(jù)直接獲取對象表面點三維坐標,對地面的探測能力有著強大的優(yōu)勢,具有空間與時間分辨率高、動態(tài)探測

3、范圍大、地面基站布設(shè)少、能夠部分穿越樹林遮擋、直接獲取真實地表的高精度三維信息等特點,是快速獲取高精度地形信息的全新手段。一、 機載LIDAR系統(tǒng)的原理 機載 LIDAR 系統(tǒng)是一種集激光掃描、GPSDGPS 和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三種技術(shù)于一體的系統(tǒng)，這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度精確地定位激光束打在物體上的光斑。激光本身具有非常精確的測距能力，其測距精度可達毫米級。機載激光雷達系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接受。從空中的飛行載體上對地面進行測量的原理是“雙路”時間測量方法。即只需要記錄激光信號從激光器發(fā)射到返回的時間，結(jié)合其他

4、數(shù)據(jù)就可以準確的計算出地面光斑的準確的X、Y、Z坐標。 圖 1 機載LiDAR航測原理圖二、 機載LiDAR結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 2 機載LiDAR結(jié)構(gòu)設(shè)計三、機載LiDAR系統(tǒng)外觀 圖 3 機載LiDAR系統(tǒng)外觀（從左到右依次為：低空無人機、中空和高空LiDAR系統(tǒng)）四、 機載LiDAR系統(tǒng)的特點1、 主動的測量方式：主動發(fā)射激光脈沖，不依賴于太陽光照，通過接收其回波信號進行三維數(shù)據(jù)的獲??；2、 高便捷、無控制：與傳統(tǒng)航測相比較，地面控制工作大大減少，基本可以不需要實現(xiàn)埋設(shè)控制點進行控制測量，只需在測區(qū)附近地面已知點上安置一個或幾個GPS基準站即可，可以大大提高作業(yè)速度和效率 ；3、 高精度：數(shù)據(jù)成果精度很高，根據(jù)機載LiDAR設(shè)備技術(shù)指標的差異而有所不同，一般平面精度可達 0.10.5 米，高程精度可達萬分之一的飛行凈空高度； 4、 高密集：激光點云數(shù)據(jù)很密集，一般每平方米110個激光點，數(shù)據(jù)可達到很高的密度,高密集的點云數(shù)據(jù)能夠真實反映地形地貌；對于特殊應(yīng)用的低空飛行作業(yè)，其點密度可以達到每平方米50個點以上，如激光電力巡檢作業(yè)；5、 高效率：飛行方案的設(shè)計以及后期成果制作大多由軟件自動完成，從前期數(shù)據(jù)的獲取到后期數(shù)據(jù)成果的生成很高效；6、 高分辨率：能同步獲取高清晰的數(shù)碼影像數(shù)據(jù)；7、 高數(shù)據(jù)成果效率：采集獲得的數(shù)據(jù)可以獲得多種成果：DSM、DTM、DEM、DOM、DLG、