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激光雷達(dá)(LiDAR)與攝影測量的應(yīng)用展望

發(fā)布日期:2018-05-22 00:00 瀏覽量:11573

  在測繪行業(yè)內(nèi),航空攝影測量技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展歷程,已經(jīng)形成了完整的系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式。近年來,新型的機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)技術(shù)正受到越來越多的關(guān)注。


  1.激光雷達(dá)工作原理及特點(diǎn)


  1.1激光雷達(dá)的工作原理

  激光雷達(dá)是用激光器作為輻射源的雷達(dá),是綜合應(yīng)用了激光測距、IMU、GPS技術(shù)的快速測量系統(tǒng)。

  由發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、跟蹤架及信息處理機(jī)等部分組成。

  根據(jù)S=c*t原理,通過接收機(jī)精確記錄激光從發(fā)射到返回的時(shí)間差,計(jì)算得到距離,再結(jié)合激光器的高度,激光掃描角度,GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù),就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的X,Y,Z座標(biāo)。LiDAR系統(tǒng)通常還集成高分辨率數(shù)碼相機(jī),在進(jìn)行激光掃描的同時(shí),獲取同一區(qū)域的高分辨率數(shù)碼影像。



激光雷達(dá)(LiDAR)與攝影測量的應(yīng)用展望.jpg


  1.2激光雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)

  同其他技術(shù)手段相比,機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)越性主要有:激光雷達(dá)是“發(fā)射-接收一體化”的主動(dòng)測量系統(tǒng),不依賴太陽光照;激光能部分穿過植被并反射接收,可快速獲得相對(duì)真實(shí)的地物測量數(shù)據(jù);激光束幾乎不受霧、云等氣象條件的影響,幾乎可以全天候作業(yè);激光雷達(dá)測量基本不需要地面控制點(diǎn),具有很強(qiáng)的時(shí)效性;測量數(shù)據(jù)精度高;激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)密集;坐標(biāo)與影像同步;自動(dòng)化程度高;數(shù)據(jù)可利用率高;相對(duì)成本較低。


  2.攝影測量原理及特點(diǎn)

  2.1攝影測量原理

  攝影測量就是利用攝影手段獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù),研究影像的成像規(guī)律,對(duì)所獲取影像進(jìn)行量測、處理、判讀,從中提取目標(biāo)物的幾何的或物理的信息,并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)測繪成果的學(xué)科。它的主要研究內(nèi)容有:獲取目標(biāo)物的影像,對(duì)影像進(jìn)行處理,將所測得的成果用圖形、圖像或數(shù)字表示。

  采用膠片作為存儲(chǔ)介質(zhì)的模擬式航空攝影測量,其處理數(shù)據(jù)是灰度影像,主要產(chǎn)品是DTM、DSM、DOM,還可以用于2D或3D重構(gòu),地物分類以及可視化(地圖、3D景觀、動(dòng)畫和仿真)。處理航片時(shí),通常先用掃描儀將膠片影像數(shù)字化,再進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理。

  當(dāng)前航空攝影已進(jìn)入數(shù)字時(shí)代,影像的采集方式多樣化,測量系統(tǒng)處理的對(duì)象是數(shù)字影像,處理方式相對(duì)靈活,產(chǎn)品形式也因此大為豐富,許多功能更好的處理算法還在不斷的發(fā)展和完善。


  2.2 攝影測量的技術(shù)特點(diǎn)

  總的來說,攝影測量的主要特點(diǎn)有:被動(dòng)式取光成像;精度高;地物影像可識(shí)別率高,直接參考性強(qiáng)。模擬式航攝儀:堅(jiān)固耐用,適用溫度閾值較寬,性能穩(wěn)定,故障率低,維護(hù)費(fèi)用較低,而且膠片存儲(chǔ)影像具有很好的穩(wěn)定性;數(shù)碼航攝儀:綜合了DGPS/IMU等先進(jìn)技術(shù),具有較好的正攝效果和平面精度,可以大大減少外業(yè)控制工作量;航攝過程實(shí)現(xiàn)了部分自動(dòng)化管理,操作相對(duì)簡單;航攝數(shù)據(jù)采用硬盤存儲(chǔ),簡單方便;數(shù)據(jù)可利用率較高。攝影測量的缺點(diǎn)是受天氣條件影響較大,攝影測量要求很好的光線通透性,不能有云、云影、霧氣,還要考慮太陽高度角變化造成的地物陰影影響。


  3.適用性分析

  激光雷達(dá)技術(shù)和攝影測量技術(shù),各有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),也各有缺陷。直觀的對(duì)兩者進(jìn)行性能比較,實(shí)際上并不科學(xué),嚴(yán)格講二者的測量原理差異甚大,幾乎沒有可比性。測量工作中該用哪個(gè),只能根據(jù)具體的任務(wù)需求合理權(quán)衡。

  如果工程需要精確測量某區(qū)域的地形起伏,建筑高程,植被高矮等數(shù)據(jù),而對(duì)地物影像要求較低,用激光雷達(dá)測量則能快速的高質(zhì)量的完成作業(yè);如果工程要求精確測量地物輪廓,相互間距,形色并俱,或者要生成實(shí)景漫游等數(shù)據(jù),而且對(duì)地物高程精度有一定要求的,則當(dāng)用攝影測量,但同時(shí)必須明確的是,要考慮攝影測量時(shí)效性稍差的影響因素。


  4.發(fā)展前景展望

  攝影測量在今后很長一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)航測領(lǐng)域的主導(dǎo)地位,伴隨著硬件集成技術(shù)和軟件整合控制技術(shù)的飛速發(fā)展,先進(jìn)的數(shù)碼航攝儀必將推動(dòng)地圖生產(chǎn)模式的革新。長遠(yuǎn)來看,機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)具有更大的發(fā)展?jié)摿Γ貏e是數(shù)據(jù)處理算法以及軟件和系統(tǒng)的開發(fā)方面,還有許多發(fā)展空間。未來的發(fā)展方向?qū)⑹嵌喾N高端技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)、高端影像掃描系統(tǒng)以及GPS/INS系統(tǒng)的高效集成,將促使整個(gè)攝影測量領(lǐng)域飛速發(fā)展。


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