东方道迩机载LiDAR采集处理及应用技术

东方道迩成立于2001年11月。成立之初，本着“道虽迩不行不至，事虽小不为不成” 这种求实创新的精神，以及走出去――国际化的方针不断发展壮大。历经6年发展成为拥有员工500多人，在国内和海外建立起多家分支机构的国际化科技公司，业务范围涵盖了空间信息数据领域数据获取、数据处理、数据应用的各个方面。

东方道迩作为专注于空间信息采集、生产、应用的专业公司，引进了先进的激光雷达设备（ALS50II）和技术，同时在后续处理和应用方面具备丰富的经验和生产能力。

东方道迩和武汉大学联合成立的激光雷达研究和工程应用中心，为LiDAR技术的应用提供了全面的技术保障！

LiDAR技术介绍

激光雷达（LiDAR）系统是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可以直接联测地面物体各个点的三维坐标。机载的激光雷达系统通常还集成高分辨率数码相机，用于获取目标影像。从功能上看，机载激光扫描系统是基于激光测距技术、GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统，其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型（DSM）。

LiDAR提供的数据产品

• 点云数据
• DSM
• DEM
• DOM
• DHM
• 电力线路
• 电子沙盘

LiDAR的系统组成

系统组成：

• 扫描仪组件：激光发射器、激光信号接收器、机械组件、扫描镜及窗口、接口板
• 设备支持系统：系统控制器、飞机位置及姿态测量系统、检流控制器、激光电源、电源分配器
• 控制计算机
• 连接电缆
• 附属软件：包括项目飞行设计及对记录数据归档等处理。
• 控制/显示器包括：激光发射指标器、音频告警器、电路熔断器、系统诊断数据输出、控制接口

LiDAR的特点和优势

• 由于LiDAR直接获取地面点的三维坐标，和传统方法相比获取数据速度很快。
• 应用十分广泛，从电力线探测到植被覆盖区域的DEM，均可从LiDAR中获得可靠的结果。
• 机载LiDAR操作简单、使用方便。能在困难地区或无人区作业。

摄影测量与LiDAR系统比较

摄影测量	LiDAR系统
被动式测量	主动式测量
采用覆盖整个摄影区域	逐点采样
间接获取地面三维坐标	直接获取地面三维坐标
获取高质量的灰度影像或多光谱数据	能够识别比激光斑点小的物体，如输电线等
软硬件经多年发展已比较成熟	新技术需不断发展，具有很大发展潜力
受天气影响	理论上能全天候采集数据，实际上背景反射越弱，测距效果越好
数据处理自动化程度低，特别是处理航片时需要人工干预	容易实现数据处理自动化

LiDAR的数据采集和处理

数据采集流程

数据处理流程

LiDAR在行业的应用

由机载激光雷达的特点可知，这种技术除可以应用于直接生成DSM数据以外，还可以广泛应用于林业、电力、城市地物提取、水利、近海岸地形测绘、地质灾害调查、国家安全等部门。

城市测量

• 可用于建筑物规则化
• 可制作正射影像图
• 可用于精度检校

滤波后的图象

与地形图的叠加、匹配

线路及通道工程勘测设计

• 可用于视域线的决定
• 可用于管道倾斜度的决定
• 可用于开方量的评估
• 可用于植被和地物的净空的决定
• 可用于对设计方案进行比较

电力线路勘测设计

• 为电力线路勘测设计实时提供高精度的断面，大大减少外业工作量。
• 为电力线路运行管理提供准实时高精度的三维数据，可以精确测量线路走廊内危险点的距离。

高速公路

• 可监控高速公路和其周围的环境
• 可利用影像数据检测周围的地物
• 可利用高程数据评估高速公路的质量
• 可展示重要细节以计划重建和修复任务

铁路

• 可用于监控铁路和其周边环境
• 可获得铁路线与周围环境间的安全范围
• 可用于铁轨、电线、塔位信息的获取。

防洪和水压模拟

• 可用于水灾地区的复原和环境保护
• 可获得排水路线
• 可用于堤防的监控
• 可用于洪水流向的模拟，对灾害进行计划预防
• 可用于水压和水文测量

露天矿和垃圾堆放场

• 可用于断线检测和下沉处理
• 可用于由于采矿导致的下沉的监控
• 可用于体积的计算

森林管理

在单个树木分析的基础上，可确定以下的参数：

• 单个树高
• 一片林区的平均树高
• 一片林区的木材体积
• 一片林区的平均密度
• 每片林区的平均生长体积

此外LiDAR得到的 DTM还可以来规划和改善森林运输道路，以及进行倾斜度分析。

海岸线的保护

• 可减少用于防护海岸、海滩和堤防的侵蚀
• 可用于高水平的海岸防护测量
• 可获取高分辨率的海岸线高程数据和影像数据

小结

• LiDAR采集DSM，DEM是高效、快捷的；
• 一般情况下，数据处理后，LiDAR的高程精度优于30CM，平面精度优于50CM；
• 在不需要采集影像的情况下，LiDAR可以全天候采集；
• LiDAR对于植被有一定的穿透能力，对于地形比较复杂的地区，LiDAR采集具有明显优势；
• LiDAR采集所需外业控制点很少，特别适合外业困难的地区航测；
• LiDAR在DSM，DEM数据生成方面，自动化程度比传统方法高数倍，特别适合大规模、工程化地形测量作业；
• LiDAR提供的高精度DEM，为工程设计行业提供了断面数据采集的高效手段，大大减轻外业测量的工作。

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