机载LIDAR技术的优势及应用前景研究金晶

机载LIDAR技术的优势及应用前景研究金晶

金晶

广州建通测绘地理信息技术股份有限公司

摘要：其高精度、高密度、高效率、产品丰富等特点在测绘领域方面有着得天独厚的优势，将逐步替代传统测绘技术成为测量业界应用最广、最先进的测绘方法，领航测绘行业科技发展方向。笔者结合实践研究，本文介绍了机载LIDAR的测量原理、技术特点，进而总结出机载LIDAR技术优势和应用前景。

关键词：机载LIDAR测量原理；优势；应用前景

机载三维激光雷达测量技术是继ＧＰＳ以来在测绘领域的又一场技术革命，它以高精度、高密度、高效率、产品丰富等特点在测绘领域得到较好的应用和广泛的关注，具有巨大的发展空间和潜力，它代表了测绘领域又一个新时代的到来。

一、机载LIDAR技术简介

机载LIDAR系统是一种集激光、全球定位系统和惯性导航系统三种技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的数字高程模型这三种技术的结合，可以精确地定位激光束打在物体上的光斑，它是当今世界上摄影测量与遥感领域最先进的对地观测系统。不但可以用于无地面控制点或仅有少量地面控制点地区的航空遥感定位和数字影像获取，而且可实时得到地表大范围内目标点的三维坐标，同时它也是目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的可行技术，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像等的海量信息。

二、机载LIDAR系统的组成及测量原理

机载LIDAR测量系统设备主要包括三大部件：机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统ＰＯＳ其中机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，测量地形同时记录回波强度及波形；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；定向定位系统ＰＯＳ部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，由ＧＰＳ确定空间位置，IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。

经过国内多个机载LIDAR测量系统应用项目得出，测量平面精度可以达到0.15m至1m，高程精度可达到0.1m至0.3m，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是综合航摄影像和空中数据定位的新技术手段，它能为测绘工程、数字地图和ＧＩＳ应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

三、机载LIDAR系统性能与技术特点

第一，精度高，机载ＬＩＤＡＲ系统数据采集的平面精度可达0.15米，高程精度可达厘米级；密度高。激光点云数据很密集，每平方米可达１００个激光点以上；效率高。飞行方案的设计以及后期的产品制作大多由软件自动完成，从前期数据的获取到后期数据成果的生成快速高效。

第二，机载ＬＩＤＡＲ数据产品丰富，包含三维激光点云数据、高清晰数码影像、数字高程模型数字正射影像图、数字线划图和真三维模型等。在三维软件支持下，叠加数字高程模型和数字正射影像而成的立体三维可视化场景模型，能真实直观地反映实际地形地貌。

第三，便捷、人工野外作业量很少。与传统航测相比，地面控制工作量大大减少，只需在测区附近地面已知点上安置一台或几台ＧＰＳ基准站即可，可以大大提高作业效率。机载ＬＩＤＡＲ系统可以对危险及困难地区，实施远距离和高精度三维测量，减少测量人员人身危险。

四、机载ＬＩＤＡＲ系统的技术优势

作业环境的适应范围更广。尤其对于植被茂密以及无人区，传统立体航测由于无法布设像控点而无法进行，人工外业施测也是很难进入，但对于机载ＬＩＤＡＲ系统而言，则无此顾虑。测量精度更高。尤其是对于植被覆盖密

度高的地区，由于激光具有一定的穿透能力，能够获取到更高精度的地形表面数据；而传统航空摄影测量作业方法需要作业人员估计树高，方可获取到地形表面数据，因此其测量误差较大，尤其是高程精度差。

设计优化选线效率更高。机载三维激光雷达数据处理自动化程度更高，无需进行航测外业像控测量。三维场景更加逼真，可方便进行全线漫游以及多视角观察，便于设计人员从整体上把握线路路径。内业平断面测图作业效率大大提高。

工期更有保障。对于中等规模的项目来说，按照目前国内航空摄影审批要求，机载ＬＩ－ＤＡＲ测量正常情况下的工期如下：批文办理：需要２０个工作日，包括大军区批文、空军批文、民航批件、调机，无论项目大小均需要以上许可；如果跨军区还需要分开办理。航飞数据采集一般需要１—２个架次。受天气影响，根据不同的测区，可选择不同的飞机进行航飞；测区天气特别差时，采用直升机平台进行航空摄影以保障项目工期。设计优化选线效率更高。机载三维激光

雷达数据处理自动化程度更高，无需进行航测外业像控测量。三维场景更加逼真，可方便进行全线漫游以及多视角观察，便于设计人员从整体上把握线路路径。内业平断面测图作业效率大大提高。

五、市场分析和应用前景

（一）市场现状分析

机载ＬＩＤＡＲ技术是一种全新的遥感技术，自上世纪９０年代在德国首次出现商用样机系统以来，因其高精度和高效率，在测绘领域得到快速发展。目前，全球已经有近百套商用系统在使用。

上世纪９０年代中后期至今，美国、德国、加拿大、澳大利亚、瑞典和芬兰等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是芬兰和德国，已经采用这项技术建立了全国或者大部分国土的ＤＥＭ，达到了理想的效果。

目前在国内已经有接近２０套机载ＬＩＤＡＲ设备，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亚太数字遥感新技术有限公司、东方道迩公司等单位已经先后开展了实验和工程飞行，主要用于生产数字高程模型、正射影像进而制作线划图等。

（二）应用前景分析

机载ＬＩＤＡＲ技术已成为一种先进的集成测量技术方法，在采集数据方面具有传统航空摄影测量所无法比拟的巨大优势，尤其在三维地理空间信息的数据采集方面具有广阔的发展前景与应用需求。国际上许多公司、研究机构投入大量人力、财力进行相关技术与系统的研究开发，并在诸多领域得到了应用。而我国在ＬＩＤＡＲ技术方面的应用研究同国际发达国家相比相对落后。

作为新兴的测量三维数据获取手段，ＬＩＤＡＲ相关的市场应用不仅在传统的城市测量、数字城市建设、地形地理测绘、电力线路、道路及通道工程勘察设计、高速公路和铁路监控和施工管理等领域发挥其不可替代的作用，更在森林防火与预警、山体滑坡监测、防灾减灾、海洋管理与开发、水土保持、旅游及野外考察、考古、大型事故现场勘察、环境生态监测等诸多直接关系国计民生的行业产生广泛而深远的影响。

结语：

综合分析，从长远发展来看，随着机载ＬＩＤＡＲ技术的发展以及相关应用软件的不断升级完善，该技术将逐步替代传统航空摄影测量成为测量业界应用最广、最先进的测绘方法，有广阔的发展前景与应用需求。

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