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激光雷達(LiDAR)與攝影測量的應用展望

發(fā)布日期:2018-05-22 00:00 瀏覽量:10826

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


  1.激光雷達工作原理及特點(diǎn)


  1.1激光雷達的工作原理

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

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

  根據S=c*t原理,通過(guò)接收機精確記錄激光從發(fā)射到返回的時(shí)間差,計算得到距離,再結合激光器的高度,激光掃描角度,GPS數據和IMU數據,就可以準確地計算出每一個(gè)地面光斑的X,Y,Z座標。LiDAR系統通常還集成高分辨率數碼相機,在進(jìn)行激光掃描的同時(shí),獲取同一區域的高分辨率數碼影像。



激光雷達(LiDAR)與攝影測量的應用展望.jpg


  1.2激光雷達的技術(shù)特點(diǎn)

  同其他技術(shù)手段相比,機載激光雷達技術(shù)的優(yōu)越性主要有:激光雷達是“發(fā)射-接收一體化”的主動(dòng)測量系統,不依賴(lài)太陽(yáng)光照;激光能部分穿過(guò)植被并反射接收,可快速獲得相對真實(shí)的地物測量數據;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);激光雷達測量基本不需要地面控制點(diǎn),具有很強的時(shí)效性;測量數據精度高;激光點(diǎn)云數據密集;坐標與影像同步;自動(dòng)化程度高;數據可利用率高;相對成本較低。


  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物的影像數據,研究影像的成像規律,對所獲取影像進(jìn)行量測、處理、判讀,從中提取目標物的幾何的或物理的信息,并用圖形、圖像和數字形式表達測繪成果的學(xué)科。它的主要研究?jì)热萦校韩@取目標物的影像,對影像進(jìn)行處理,將所測得的成果用圖形、圖像或數字表示。

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

  當前航空攝影已進(jìn)入數字時(shí)代,影像的采集方式多樣化,測量系統處理的對象是數字影像,處理方式相對靈活,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(lái)說(shuō),攝影測量的主要特點(diǎn)有:被動(dòng)式取光成像;精度高;地物影像可識別率高,直接參考性強。模擬式航攝儀:堅固耐用,適用溫度閾值較寬,性能穩定,故障率低,維護費用較低,而且膠片存儲影像具有很好的穩定性;數碼航攝儀: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(guò)程實(shí)現了部分自動(dòng)化管理,操作相對簡(jiǎn)單;航攝數據采用硬盤(pán)存儲,簡(jiǎn)單方便;數據可利用率較高。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(xiàn)通透性,不能有云、云影、霧氣,還要考慮太陽(yáng)高度角變化造成的地物陰影影響。


  3.適用性分析

  激光雷達技術(shù)和攝影測量技術(shù),各有其獨特優(yōu)勢,也各有缺陷。直觀(guān)的對兩者進(jìn)行性能比較,實(shí)際上并不科學(xué),嚴格講二者的測量原理差異甚大,幾乎沒(méi)有可比性。測量工作中該用哪個(gè),只能根據具體的任務(wù)需求合理權衡。

  如果工程需要精確測量某區域的地形起伏,建筑高程,植被高矮等數據,而對地物影像要求較低,用激光雷達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)景漫游等數據,而且對地物高程精度有一定要求的,則當用攝影測量,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(cháng)一段時(shí)間內仍將占據航測領(lǐng)域的主導地位,伴隨著(zhù)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)的數碼航攝儀必將推動(dòng)地圖生產(chǎn)模式的革新。長(cháng)遠來(lái)看,機載激光雷達技術(shù)具有更大的發(fā)展潛力,特別是數據處理算法以及軟件和系統的開(kāi)發(fā)方面,還有許多發(fā)展空間。未來(lái)的發(fā)展方向將是多種高端技術(shù)的強強聯(lián)合,機載激光雷達測量系統、高端影像掃描系統以及GPS/INS系統的高效集成,將促使整個(gè)攝影測量領(lǐng)域飛速發(fā)展。


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