2、机载LiDAR技术

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1、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

2、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50 1. 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

3、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

4、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

5、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12Hz； 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

6、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 IGI 3.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-II 3.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

7、 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）200500020050002005000 最大视场角（）757575 惯性定位及定向系统IPAS20IPAS20IPAS20 3.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（ Le

8、ica ） RCD系列相机主要技术参数 指指标标 参参数数 RCD30RCD105 像元(m)66.8 CCD尺寸(pixels)8956670872165412 焦距(mm)5035/60 最小拍摄间隔1s1s 加拿大Optech公司的激光扫描设备有： ALTM Pegasus HD500 ALTM Gemini 3.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

9、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）30025001504000 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89846732pixels 像元尺寸6 像幅大小53.940.4mm 镜头焦距50mm 最小拍摄间隔2s 3.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

10、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25mm VQ-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+/- 7 扫描频率300Hz 波长1064nm 10000米航高时的带宽250m FALCON机载

11、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 Litemapper6800 Litemapper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

12、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-

13、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12米时的精度，当需要坐标转换，或格网尺寸增大 时，精度会

14、有所降低。 4.数据特点数据特点高精度高精度DEM 3rdreturn from ground 1st return from tree top 2nd return from branches 1st return from ground 4.数据特点数据特点植被穿透能力强植被穿透能力强 1st 2nd 3rd last 4.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

15、 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 DLG 5.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!