機(jī)載LiDAR技術(shù)概述及其應(yīng)用技術(shù)

1、機(jī)載 LiDAR 技術(shù)概述 攝影測(cè)量有著悠久的歷史，國(guó)際攝影測(cè)量與遙感協(xié)會(huì) ISPRS (International Society of Photogrammetry and Remote Sensin)g1988 年給 攝影測(cè)量與遙感的定義是： 攝影測(cè)量與遙感是從非接觸成像和其他傳感 器系統(tǒng)，通過(guò)記錄、量測(cè)、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境和其 他物體可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)。其中攝影測(cè)量側(cè)重于提取幾何信 息，遙感側(cè)重于提取物理信息。也就是說(shuō)，攝影測(cè)量是從非接觸成像系 統(tǒng)，通過(guò)記錄、量測(cè)、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境和其他物 體的幾何、屬性等可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)。因此，從

2、19 世紀(jì)中 葉，攝影技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世，便應(yīng)用于測(cè)量。它從模擬攝影測(cè)量開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 解析攝影測(cè)量階段，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段。當(dāng)代的數(shù)字?jǐn)z影 測(cè)量是傳統(tǒng)攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺(jué)相結(jié)合的產(chǎn)物， 它研究的重點(diǎn)是從數(shù) 字影像自動(dòng)提取所攝對(duì)象的空間信息。誠(chéng)然，目前的科學(xué)技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，計(jì)算機(jī)和高新技術(shù)已被廣泛 應(yīng)用，數(shù)字立體攝影測(cè)量已經(jīng)成熟，相應(yīng)的軟件和數(shù)字立體測(cè)量工作站 已經(jīng)在生產(chǎn)部門(mén)普及，但是攝影測(cè)量的工作流程基本上沒(méi)有太大的變 化，如航空攝影 攝影處理 地面測(cè)量(空中三角測(cè)量) 立體 測(cè)量制圖( DLG、DTM、GIS 及其他)的模式基本沒(méi)有大的變化。 這種生產(chǎn)模式周期明顯是太長(zhǎng)了，不適應(yīng)我們信息社

3、會(huì)的需求，不能滿(mǎn) 足“數(shù)字地球”對(duì)測(cè)繪的要求了。LiDAR (LightLaser Detection and Ranging)技術(shù)是近數(shù)十年來(lái)攝 影測(cè)量與遙感領(lǐng)域具革命性的成就之一。自 2003年來(lái)， LiDAR 作為一 項(xiàng)成熟的高科技技術(shù)手段逐漸得到市場(chǎng)采納和認(rèn)可。 它融合了激光掃描 儀、IMU慣性測(cè)量單元、差分 GPS以及航飛控制與管理系統(tǒng)等多項(xiàng)高 科技技術(shù)。目前，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，像美國(guó)和德國(guó)以及亞洲的日本，激 光技術(shù)已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用， 它的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎囊括了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各 個(gè)方面。1.1 LiDAR 技術(shù)的發(fā)展歷程 用激光雷達(dá)來(lái)精確確定地面上目標(biāo)點(diǎn)的高度，始于 20世紀(jì) 70 年 代

4、后期。當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)一般稱(chēng)為 APR(Airborne Profile Recorder),主要用 于輔助空中三角測(cè)量。最初的系統(tǒng)是仿型設(shè)備，僅能獲得在飛行器路徑 正下方的地面目標(biāo)數(shù)據(jù)。這些最初的激光地形測(cè)量系統(tǒng)很復(fù)雜,并且不 適于獲取大范圍地面目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)。由于沒(méi)有高效的航空GPS和高精 度INS，所以很難確定原始激光數(shù)據(jù)的精確地理坐標(biāo)，因此其應(yīng)用受到 了限制。至U 20世紀(jì)8090年代，通過(guò)一系列的研究項(xiàng)目，如： USA、Australia（1980 1988 年）：Diverse feasibility studies ; 德 國(guó) Prof. Ackermann（19891990年）：SF

5、B “High Precision Navigation” 一 First Laserprofiling at University of Stuttgart;德國(guó) TopScan（1993年）：First commercial applications in Germany TopScan AITM 1020，激光掃描技術(shù) 已經(jīng)得到了普及和大規(guī)模使用。 至2004年全球已經(jīng)有超過(guò) 30類(lèi)不同型 號(hào)的激光掃描系統(tǒng)投放市場(chǎng)。隨著 DGPS技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī) 技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展， 現(xiàn)代激光掃描系統(tǒng)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得 到了普遍使用。除了用于獲取三維地形表面模型外，這種技術(shù)已經(jīng)成功 應(yīng)

6、用于公路設(shè)計(jì)、水利、洪水和雪崩的預(yù)報(bào)、城市三維模型的構(gòu)建、高 壓線監(jiān)測(cè)、地面和大壩的變形測(cè)量、森林和樹(shù)木高度的測(cè)量等。同時(shí)， 地面激光掃描技術(shù)同樣得到了快速發(fā)展， 地面激光掃描系統(tǒng)可以用于建 筑物三維測(cè)量、橋梁和礦井的三維建模和監(jiān)測(cè)。激光掃描設(shè)備附加一臺(tái) 數(shù)字照相機(jī)，可以構(gòu)成一套完美的遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。因此，激光掃描 技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為遙感領(lǐng)域開(kāi)辟了一種全新的數(shù)據(jù)獲取手 段。1.2 LiDAR 系統(tǒng)介紹GPS、 INS 以及激光掃描器共同組成了一個(gè)整體的 LiDAR 遙感信 息獲取系統(tǒng) （見(jiàn)圖 1）。圖 1 機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)1.2.1 POS 技術(shù)POS 系統(tǒng)是機(jī)載激光探測(cè)與測(cè)距

7、系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是必需包含的部 件。其核心思想是采用動(dòng)態(tài)差分GPS（即DGPS）技術(shù)和慣性測(cè)量裝置（IMU, Inertial Measurement Unit） 直接在航測(cè)飛行中測(cè)定傳感器的位置和 姿態(tài)，并經(jīng)嚴(yán)格的聯(lián)合數(shù)據(jù)處理 （即卡爾曼濾波 ），獲得高精度的傳感器 的外方位元素，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)或極少地面控制的傳感器定位和定向。1.2.1.1 DGPS 用載波相位測(cè)量雖不具備實(shí)時(shí)性，但具有極高的定位精度潛力，可使定位精度達(dá)到厘米級(jí)。機(jī)載 LiDAR采用動(dòng)態(tài)載波相位差分 GPS系 統(tǒng)。利用安裝于飛機(jī)上與 LiDAR 相連接的和設(shè)在一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)站的 至少兩臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)同步而連續(xù)地觀測(cè) GPS衛(wèi)

8、星信號(hào)、同時(shí)記錄 瞬間激光和數(shù)碼相機(jī)開(kāi)啟脈沖的時(shí)間標(biāo)記， 通過(guò)載波相位測(cè)量差分定位 技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取LiDAR的三維坐標(biāo)。機(jī)載GPS天線安裝在 飛機(jī)頂部外表中軸線附近，盡量靠近飛機(jī)重心和掃描器中心的位置上。 另外，地面GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)更新頻率不低于機(jī)載接收機(jī)的更新頻率。 如果采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，還必須架設(shè)數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)，以便把必要的 數(shù)據(jù)發(fā)送給作業(yè)飛機(jī)上的接收電臺(tái)上。1.2.1.2 IMUIMU 獲取的是機(jī)載 LiDAR 的姿態(tài)信息，即滾動(dòng)、俯仰和航偏角。 雖然 DGPS 系統(tǒng)可量測(cè)傳感器的位置和速率，具有高精度，誤差不隨時(shí) 間積累等優(yōu)點(diǎn)，但其動(dòng)態(tài)性能差 （易失鎖 ）、輸出頻率低，不

9、能兩側(cè)瞬間 快速的變化，沒(méi)有姿態(tài)量測(cè)功能。而 IMU 有姿態(tài)量測(cè)功能，具有完全 自主、無(wú)信號(hào)傳播、 既能定位、測(cè)速，又可快速量測(cè)傳感器瞬間的移動(dòng)， 輸出姿態(tài)信息等優(yōu)點(diǎn)，但主要缺點(diǎn)是誤差隨時(shí)間迅速積累增長(zhǎng)?？梢钥?出 DGPS 與 IMU 正好是互補(bǔ)的，因此，最優(yōu)化的方法是對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)獲 得的信息進(jìn)行綜合，這樣可得到高精度的位置、速率和姿態(tài)數(shù)據(jù)。 IMU/DGPS 數(shù)據(jù)的處理主要是通過(guò)卡爾曼濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.2.2 激光掃描儀激光測(cè)距技術(shù)利用激光的特點(diǎn)是單色性好、方向性強(qiáng)、能量高、 光速窄等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)量和檢測(cè)，如測(cè)量長(zhǎng)度、距離、速度、 角度等等。激光測(cè)距技術(shù)在傳統(tǒng)的常規(guī)測(cè)量中扮演著非常重

10、要的角色。 激光掃描儀技術(shù)是隨空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光無(wú)反射棱鏡長(zhǎng)距離快速 測(cè)距技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)新測(cè)繪技術(shù)， 是繼 GPS 空間定位系統(tǒng)之后又 一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。激光掃描儀是 LiDAR 的核心，一般由激光發(fā)射器、接收器、時(shí)間 間隔測(cè)量裝置、傳動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)和軟件組成 （圖 2）。圖 2 激光掃描儀的組成1.2.3 數(shù)碼相機(jī)LiDAR 直接獲得點(diǎn)位三維坐標(biāo)的功能提供了傳統(tǒng)二維數(shù)據(jù)缺乏的 高度信息，卻忽略了對(duì)象特征的其它信息，如光譜信息。盡管在提取空 間位置信息上，機(jī)載 LiDAR 數(shù)據(jù)有其自身的優(yōu)勢(shì)，但圖像數(shù)據(jù)包含光 譜信息對(duì)認(rèn)識(shí)物體也具有重要的作用。這也是不少應(yīng)用研究將 LiDAR 數(shù)據(jù)

11、與其它光學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合使用的原因之一。 利用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)獲取地面的地物地貌真彩或紅外數(shù)字影像信 息，以彌補(bǔ) LiDAR 的不足，以達(dá)到對(duì)生成 DEM 產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)， 或作為一種數(shù)據(jù)源，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，或作為紋理數(shù)據(jù)源。1.2.4 中心控制單元機(jī)載 LiDAR 由多個(gè)重要硬件組成， 一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)就是如何實(shí)現(xiàn) 三個(gè)重要設(shè)備的精確同步。中心控制單元一般都采用導(dǎo)航、定位和管理系統(tǒng)構(gòu)成同步記錄 IMU 的角速度和加速度的增量以及 GPS 的位置、激光掃描儀和數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)。圖 3 機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)工作示意圖1.3 機(jī)載 LiDAR 數(shù)據(jù)獲取的基本原理 地球的表面以及覆蓋其上的目標(biāo)，譬

12、如植被、建筑物等都可以對(duì) 電磁波產(chǎn)生反射。 激光掃描系統(tǒng)上的接收單元所收到的反射信號(hào)包含了 地面反射目標(biāo)的信息。 大部分激光掃描系統(tǒng)提供了兩種不同的反射信號(hào) 數(shù)據(jù)記錄方式即“首次脈沖” (first pulse)和“末次脈沖”(last pulse記錄 方式。正常情況下，一束激光光束只產(chǎn)生一次反射，但是，在密集的森 林地區(qū)則有可能產(chǎn)生兩次或多次反射。在這種情況下，必須選擇是接收 第一次反射的信號(hào)，還是最后一次反射的信號(hào)。 根據(jù)不同的使用目的可 以選擇不同的脈沖記錄方式。 這種直接距離測(cè)量方法是基于短波電子信 號(hào)在一個(gè)均勻的介質(zhì)層內(nèi) (即空氣 )，以恒定的速度直線傳播，并且在不 同的介質(zhì)分界面

13、(地球表面 )被反射回來(lái)。其一般原理可以簡(jiǎn)單描述為： C=C。 n(1)其中，C。為真空光速，n為介質(zhì)，即空氣折射率從激光發(fā)射器發(fā)出的 激光光束到達(dá)地面并被反射后，被激光器上的接收單元接收和記錄。一 般把從發(fā)射到接收這段時(shí)間稱(chēng)為運(yùn)行時(shí)間 t，這個(gè)時(shí)間參數(shù)t與光束的出 發(fā)點(diǎn)和地面之間的雙倍距離 R 成正比，由此可以計(jì)算出此距離： R =t?c 2(2)角度參數(shù)的測(cè)量通過(guò)相應(yīng)的 INS 系統(tǒng)完成。 它們與距離參數(shù)、 時(shí)間參數(shù) 等一起可以完成對(duì)地面目標(biāo)的三維定位和量測(cè)任務(wù)。按照激光光束在地面上的軌跡和形狀，激光掃描系統(tǒng)的掃描方式 可以分為多種， 圖4 演示的是其中 3種掃描方式。由于掃描方式的不同，

14、 其數(shù)據(jù)獲取的方式以及數(shù)據(jù)在地面上的分布情況也不同。在圖(a)和(b)中，激光光束借助于一個(gè)行列掃描儀接收地面目標(biāo)的反射信號(hào)。在飛行 過(guò)程中，行列掃描儀圍繞一個(gè)固定的軸線 3600 旋轉(zhuǎn)。由于飛機(jī)速度等 因素的影響，光束在地面上形成個(gè)近似的橢圓，因而也稱(chēng)其為“行列掃 描方式或者近橢圓掃描方式”。在圖(c)演示的掃描方式中，激光光束通 過(guò)激光器的調(diào)整而在垂直于飛行方向上左右擺動(dòng)。左右擺動(dòng)的幅度、速 度和角度可以根據(jù)飛行的高度、飛行的速度、要求的航帶寬度、地面高 差以及要求的掃描密度等做出調(diào)整。由于掃描點(diǎn)在地面上是以“之”字 型分布的，所以這種掃描方式也稱(chēng)為“之”字型掃描方式。圖 4 激光掃描系統(tǒng)

15、不同掃描方式獲取的地面點(diǎn)分布情況 航空激光掃描系統(tǒng)獲取的地面目標(biāo)三維坐標(biāo)是隨機(jī)分布和不規(guī)則的。 盡 管可以選擇不同的掃描方式 (譬如間隔式的斷面掃描方式或旋轉(zhuǎn)式的近 橢圓式掃描方式 ）；不同的反射方式 （譬如記錄第一次反射的信號(hào)或記錄 最后一次反射的信號(hào) ）；或者選擇合適的飛行季節(jié) （譬如為了更有效地獲 取地面信息， 人們一般選擇地面植被較淡的秋季或者沒(méi)有雪覆蓋的冬季 等 ），獲取的地面三維信息不可避免地會(huì)落在各種各樣的地面目標(biāo)上。 圖 5演示了激光掃描系統(tǒng)獲取的離散點(diǎn)在一個(gè)地面斷面上的分布情況。 圖 5 離散 LiDAR 數(shù)據(jù)的地面點(diǎn)分布 對(duì)激光掃描系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的目的， 就是將上述

16、分布在不同地 面目標(biāo)上的點(diǎn)進(jìn)行分離。簡(jiǎn)單地說(shuō)，也就是將分布在地形表面上的點(diǎn)與 那些落在非地形表面上的點(diǎn)進(jìn)行有效而準(zhǔn)確的分離。1.4 機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) 激光數(shù)碼航測(cè)技術(shù)具有速度快、精度高、產(chǎn)品多樣化等優(yōu)勢(shì)，在 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)逐漸成為高精度、高質(zhì)量、高要求項(xiàng)目的首選方案。尤其在 以下幾個(gè)方面突顯出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)：（ 1）同時(shí)獲取精確的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和真彩色數(shù)碼影像數(shù)據(jù)，以及RGB真正射影像，只需飛行一次便可獲取豐富的地理信息，可以提供多種類(lèi) 型測(cè)繪產(chǎn)品，包括 4D 產(chǎn)品，三維景觀，城市高程數(shù)據(jù)等；（ 2）快速生成高精度 DEM 成果、高精度 DOM 成果；（3）直接獲取精確的城市高程數(shù)據(jù)，快

17、速生成三維數(shù)字城市模型；（4）自動(dòng)化的飛行設(shè)計(jì)及控制導(dǎo)航系統(tǒng)，高效的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有傳 統(tǒng)航測(cè)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)；（5）可提供的產(chǎn)品包括數(shù)字線劃圖（DLG ），真彩色數(shù)字正射影像（DOM ）,高精度數(shù)字地面模型（DEM）以及數(shù)字地表模型（DSM）。 這些產(chǎn)品除用于國(guó)土及地籍領(lǐng)域外， 還可用于真三維數(shù)字城市建設(shè)等方 面；1.5 LiDAR 數(shù)據(jù)的應(yīng)用機(jī)載 LiDAR 技術(shù)系統(tǒng)，與現(xiàn)有的測(cè)量方法比較，一方面它可以作 為攝影測(cè)量的一種補(bǔ)充，另一方面它也是傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的一種競(jìng)爭(zhēng)技 術(shù)。對(duì)于許多測(cè)量應(yīng)用來(lái)說(shuō)，機(jī)載 LiDAR 技術(shù)目前可開(kāi)展與其它多種 傳統(tǒng)的傳感器包括標(biāo)準(zhǔn)航空相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、多光譜掃描儀

18、或?qū)ｎ}成像 儀的聯(lián)合應(yīng)用。然而，在某些應(yīng)用中，例如林業(yè)、海岸工程或輸電線路 等，機(jī)載 LiDAR 技術(shù)提供的獨(dú)特能力是其他任何技術(shù)都無(wú)法做到的。 目前各國(guó)都在應(yīng)用 LiDAR 技術(shù)，例如：瑞士應(yīng)用 LIDAR 技術(shù)進(jìn)行國(guó)家 森林的邊界監(jiān)測(cè)， 防止侵占森林和執(zhí)行退耕還林計(jì)劃； 日本則用 LiDAR 技術(shù)獲取地面精確 DTM 數(shù)據(jù)，提供給所有衛(wèi)星影像作幾何精糾正使用； 馬來(lái)西亞用該技術(shù)對(duì) 680 公里傾斜電氣化鐵路進(jìn)行改造和擴(kuò)建成為復(fù) 線，大大節(jié)省了時(shí)間和經(jīng)費(fèi)；根據(jù) 2000 年 7 月 1 日有關(guān)資料，世界上 約有 75 個(gè)機(jī)構(gòu)開(kāi)放約 60 個(gè)激光傳感器供實(shí)際應(yīng)用；自 1998 年以來(lái)， 該技術(shù)

19、設(shè)備的年平均增長(zhǎng)率為 25% ；由于能快速獲取三維數(shù)字地面數(shù) 據(jù)， LiDAR 的市場(chǎng)分額愈來(lái)愈大，以致于美國(guó)老牌制圖公司山卜恩公 司也引進(jìn)該技術(shù)； SCOP、EASI 和 ARC INFO 公司也積極參與 LiDAR 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的后處理工作。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：（1）國(guó)土資源與環(huán)境調(diào)查與城鎮(zhèn)地籍調(diào)查（2）生產(chǎn) DTM 、 DSM 和 DCM 作為地形測(cè)量、數(shù)字地球或 GIS 的相 應(yīng)產(chǎn)品（3）林業(yè)（4）海岸工程（5）鐵路、輸電線路選線、快速獲取地形和線路監(jiān)測(cè)（6）用于突發(fā)事件的快速測(cè)量（ 7）數(shù)字城市和數(shù)字地球需要 l m 或更小的格網(wǎng)數(shù)據(jù) （8）濕地和其他受限制地區(qū)的測(cè)量1.6 機(jī)載 LiDAR

20、 技術(shù)在城鄉(xiāng)一體化中的應(yīng)用機(jī)載 LiDAR 技術(shù)采用高精度 POS（DGPS/IMU ）系統(tǒng)、高分辨率 數(shù)碼相機(jī)、國(guó)際先進(jìn)水平的 LiDAR 激光掃描系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制 的航飛系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)的獲取提供了強(qiáng)有力的保證。 目前，由于國(guó)內(nèi)的其它數(shù)碼航攝系統(tǒng)還不具備高精度的 POS 系統(tǒng)，外業(yè) 像控點(diǎn)的數(shù)量依舊按照傳統(tǒng)方法布點(diǎn)，數(shù)量較多，而采用機(jī)載 LiDAR 技術(shù)會(huì)大大減少野外像控點(diǎn)的工作量，且能完全滿(mǎn)足測(cè)圖精度的要求。 機(jī)載 LiDAR 地面三維數(shù)據(jù)獲取方法比傳統(tǒng)的測(cè)量方法生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有外 業(yè)成本和后處理成本低的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)主要是由于分類(lèi)和濾 波技術(shù)，能把冠層和地面剝離，這在傳統(tǒng)測(cè)

21、量中很難做到。它是一種快 速度、成本低、高精度和高密度高程數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，不僅能生產(chǎn)數(shù)字高 程模型（DEM），也能生產(chǎn)數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字城市模型（DCM）。 目前，我國(guó)城鄉(xiāng)一體化建設(shè)急需低成本、高密集、快速度、高精度的數(shù) 字高程數(shù)據(jù)或數(shù)字表面數(shù)據(jù)，機(jī)載 LiDAR 技術(shù)正好滿(mǎn)足這個(gè)需求，因 此它必將成為在國(guó)土資源管理領(lǐng)域一個(gè)重要支撐技術(shù)。機(jī)載 LiDAR 技術(shù)及其應(yīng)用簡(jiǎn)介L(zhǎng)iDAR 系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)的主動(dòng)傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)本身發(fā)射受控制 的激光脈沖照射地面和地面上的目標(biāo)，不依賴(lài)太陽(yáng)光照，通過(guò)接受激光 脈沖的回波信號(hào)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理直接獲取地面三維數(shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)測(cè)量 方法具有高精度、高密集、快

22、速高效的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)工作示意圖1. 系統(tǒng)主要組成部分IMU(Inertial Measure Unit)DC (Digital Camera)LiDAR (Light Detection And Ranging )Computer control navigation system2. 中心控制單元3、機(jī)載 LiDAR 的功能特點(diǎn)高精度；高密集；高效率；高分辨率；主動(dòng)的測(cè)量方式；自動(dòng)化程度高； 無(wú)需大量的地面控制工作； 可以測(cè)量植被和建筑物高度； 多成果： DSM、DTM 、DEM、 NIR 、 DOM 、DLG 、專(zhuān)題圖、三 維數(shù)字模型等。數(shù)字正射影像（ DEM ）成果 國(guó)土與房屋管理專(zhuān)題圖成

23、果 試驗(yàn)區(qū)局部三維數(shù)字模型成果 國(guó)土與房屋管理專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)成果一、激光點(diǎn)分類(lèi)Lidar 數(shù)據(jù)處理的主要流程包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，激光點(diǎn)的編輯。1、激光點(diǎn)編輯（1）首先要建立工作區(qū)：（2）加載 Tmodel， Tscan， Tphoto 三個(gè)模塊：在主菜單上選擇utilities宀MDL Applications，彈出MDL框；在 Availlable applications 中加載 Tmodel, Tscan, Tphoto。（3）導(dǎo)入點(diǎn)：在 TerraScan菜單條中選擇 File f Read points;選擇要導(dǎo)入的 .bin 文件。（4）點(diǎn)分類(lèi)：在 TerraScan 菜單條中選擇 Clas

24、sifyfRoutinefGround 即可自動(dòng)分 類(lèi)；自動(dòng)分類(lèi)前要量取建筑物的最大寬度。 首先以點(diǎn)顏色顯示激光點(diǎn)，TerraScarf View f找出最大建筑物的尺寸。Classify f Routinef Ground ， Classify groundfInitial point fMaxBiulding size中改為最大建筑物的長(zhǎng)度即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分類(lèi)。點(diǎn)分好類(lèi)以后，可以以不同方式顯示激光點(diǎn)，如下：Class是以不同的類(lèi)別用不同的顏色顯示，Echo 顯示不同的回波次數(shù)，Elevation 顯示不同的高度，F(xiàn)lightline 顯示不同的航跡線，Intensity 顯示不同的密度，Poi

25、nt color 顯示不同的點(diǎn)顏色。上圖中列表中顯示的是激光點(diǎn)的分類(lèi)名稱(chēng)，例如：默認(rèn)點(diǎn)（Defaut），地面點(diǎn)（Ground），低點(diǎn)（Low point）等等。點(diǎn)分類(lèi)后可以查看每種類(lèi)中點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如下在 Scan 模塊中， Tooolsf Show statistics。對(duì)自動(dòng)分類(lèi)后的激光點(diǎn)建立表面模型，查看分類(lèi)是否合理。在工具條中單擊 Create editable mode；l選擇Ground,然后為即將生成的模型命名;在工具條中單擊 Display shaded surface； 在彈出的框中選擇剛生成的模型以及輸出的窗口; 將模型放大后逐步檢查, 若出現(xiàn)不合理的地方, 即作出該區(qū)域的橫切面, 經(jīng)過(guò)分析后修改點(diǎn)的分類(lèi);做橫切面的方法如下：假設(shè)下圖所圈的部位不合理,在工具條中單擊 Draw section 做橫切面; 選擇作橫切面的區(qū)域;在窗口靠下方的 View groups 中點(diǎn)擊打開(kāi)一個(gè)新窗口, 然后在新窗 口上點(diǎn)擊一下即顯示該區(qū)域的橫切面。修改點(diǎn)的分類(lèi)時(shí)可以用 Create editable model工具列中的一系列工 具,對(duì)點(diǎn)的類(lèi)別進(jìn)行重新定義。4、點(diǎn)分類(lèi)的檢查步驟： 首先對(duì)整塊數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查,剔除噪聲點(diǎn)。分出地面點(diǎn),建立模型,查看模型的異常處。檢查模型的