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激光雷达(LiDAR)与摄影测量的应用展望

作者:飞燕遥感 发布日期:2018-05-22 00:00 浏览量:423

  在测绘行业内,航空摄影测量技术经过了几十年的发展历程,已经形成了完整的系统的产业模式。近年来,新型的机载激光雷达Lidar)技术正受到越来越多的关注。


  1.激光雷达工作原理及特点


  1.1激光雷达的工作原理

  激光雷达是用激光器作为辐射源的雷达,是综合应用了激光测距、IMU、GPS技术的快速测量系统。

  由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理机等部分组成。

  根据S=c*t原理,通过接收机精确记录激光从发射到返回的时间差,计算得到距离,再结合激光器的高度,激光扫描角度,GPS数据和IMU数据,就可以准确地计算出每一个地面光斑的X,Y,Z座标。Lidar系统通常还集成高分辨率数码相机,在进行激光扫描的同时,获取同一区域的高分辨率数码影像。



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  1.2激光雷达的技术特点

  同其他技术手段相比,机载激光雷达技术的优越性主要有:激光雷达是“发射-接收一体化”的主动测量系统,不依赖太阳光照;激光能部分穿过植被并反射接收,可快速获得相对真实的地物测量数据;激光束几乎不受雾、云等气象条件的影响,几乎可以全天候作业;激光雷达测量基本不需要地面控制点,具有很强的时效性;测量数据精度高;激光点云数据密集;坐标与影像同步;自动化程度高;数据可利用率高;相对成本较低。


  2.摄影测量原理及特点

  2.1摄影测量原理

  摄影测量就是利用摄影手段获取目标物的影像数据,研究影像的成像规律,对所获取影像进行量测、处理、判读,从中提取目标物的几何的或物理的信息,并用图形、图像和数字形式表达测绘成果的学科。它的主要研究内容有:获取目标物的影像,对影像进行处理,将所测得的成果用图形、图像或数字表示。

  采用胶片作为存储介质的模拟式航空摄影测量,其处理数据是灰度影像,主要产品是DTM、DSM、DOM,还可以用于2D或3D重构,地物分类以及可视化(地图、3D景观、动画和仿真)。处理航片时,通常先用扫描仪将胶片影像数字化,再进行计算机处理。

  当前航空摄影已进入数字时代,影像的采集方式多样化,测量系统处理的对象是数字影像,处理方式相对灵活,产品形式也因此大为丰富,许多功能更好的处理算法还在不断的发展和完善。


  2.2 摄影测量的技术特点

  总的来说,摄影测量的主要特点有:被动式取光成像;精度高;地物影像可识别率高,直接参考性强。模拟式航摄仪:坚固耐用,适用温度阈值较宽,性能稳定,故障率低,维护费用较低,而且胶片存储影像具有很好的稳定性;数码航摄仪:综合了DGPS/IMU等先进技术,具有较好的正摄效果和平面精度,可以大大减少外业控制工作量;航摄过程实现了部分自动化管理,操作相对简单;航摄数据采用硬盘存储,简单方便;数据可利用率较高。摄影测量的缺点是受天气条件影响较大,摄影测量要求很好的光线通透性,不能有云、云影、雾气,还要考虑太阳高度角变化造成的地物阴影影响。


  3.适用性分析

  激光雷达技术和摄影测量技术,各有其独特优势,也各有缺陷。直观的对两者进行性能比较,实际上并不科学,严格讲二者的测量原理差异甚大,几乎没有可比性。测量工作中该用哪个,只能根据具体的任务需求合理权衡。

  如果工程需要精确测量某区域的地形起伏,建筑高程,植被高矮等数据,而对地物影像要求较低,用激光雷达测量则能快速的高质量的完成作业;如果工程要求精确测量地物轮廓,相互间距,形色并俱,或者要生成实景漫游等数据,而且对地物高程精度有一定要求的,则当用摄影测量,但同时必须明确的是,要考虑摄影测量时效性稍差的影响因素。


  4.发展前景展望

  摄影测量在今后很长一段时间内仍将占据航测领域的主导地位,伴随着硬件集成技术和软件整合控制技术的飞速发展,先进的数码航摄仪必将推动地图生产模式的革新。长远来看,机载激光雷达技术具有更大的发展潜力,特别是数据处理算法以及软件和系统的开发方面,还有许多发展空间。未来的发展方向将是多种高端技术的强强联合,机载激光雷达测量系统、高端影像扫描系统以及GPS/INS系统的高效集成,将促使整个摄影测量领域飞速发展。


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