基本介紹
- 中文名：機載三維雷射掃描系統
- 外文名：Light Detection and Ranger
- 英文縮寫：LiDAR
- 組成：測量平台、雷射系統、定位系統等
- 核心部件：雷射掃瞄器
- 性質：三維航空遙感技術
簡介,系統組成,系統各部分的作用及工作原理,空中測量平台,雷射系統,其他附屬檔案,電力行業套用現狀,發展方向,
簡介
機載三維雷射掃描系統（Light Detection andRanger簡寫LiDAR）集雷射、全球定位系統(GPS)和慣性導航系統(IMU)等多種尖端技術於一身，是目前最為先進的對地觀測系統。它將三維雷射掃瞄器和航空數碼攝像機裝載在飛機上，利用雷射測距原理和航空攝影測量原理，快速獲取地球表面坐標數據和影像數據。可用於快速生產數字高程模型（DEM）、數字表面模型（DSM）和數字正射影像（DOM），也可用於城市三維建模、自然災害評估、資源調查、海洋監測、軍事測繪、大型工程測量等各個方面。
與傳統航空攝影測量技術相比，該技術具有直接快速獲取三維空間數據、數據處理自動化程度高、作業速度快、外業工作省、測量精度高以及作業成本低等特點。同時，它能最大限度地反映地表真實情況，也是目前能準確測定植被茂密地區及沙漠地帶地面高程的可行技術之一。對於在森林覆蓋率高、地形複雜、通視條件惡劣地區的輸電線路工程的電力勘測設計而言，機載三維雷射掃描系統更加具有明顯的優勢。
系統組成
本系統主要包括空中測量平台、雷射系統、全球定位系統(GPS)和慣導系統(INS)、小幅面數位相機（DSS）等其他附屬檔案及一系列數據處理軟體。
系統各部分的作用及工作原理
機載三維雷射掃描系統是繼航空攝影測量和GPS測量之後的又一次測量技術革新，是一種安裝在飛機或其他飛行器上的雷射探測和測距系統。該技術通過地面及機載GPS、慣導系統定位、確定姿態，配以雷射測距和數位相機，可快速、準確地獲取地面及附屬物的三維坐標和數字影像數據。
空中測量平台
空中測量平台是機載雷射掃描測量系統進行作業的空中載體和操作平台，主要為直升飛機或其他飛行平台，用來裝載機載雷射掃描測量系統所需要的各種儀器儀表和操作人員。
雷射系統
雷射掃瞄器是LiDAR的核心部分，一般由雷射發射器、接收器、慣性測量系統、時間間隔測量裝置、傳動裝置、計算機和軟體組成。
雷射器的種類較多，對於不同用途所選擇的雷射器各不相同。低精度中小項目測量（如公路，鐵路，電力）時，一般採用功率較小的雷射器，這類雷射器雖然測量精度較低，但設備價格相對便宜，且因功率較小，所以對人和動物的傷害較小。
慣性測量系統能夠輸出感測器的空間位置和姿態數據，主要用來測量飛機的飛行狀態，包括飛機的搖擺、傾斜、航向等參數，它每秒能測50～200次。
飛機的飛行高度因航空雷射掃描測量系統的不同而不同，其範圍為100～3 000 m，相對應的單航帶覆蓋的寬度範圍為70～2 000 m。
其他附屬檔案
（1）GPS組件
GPS組件由2個地面基準站和1個空中流動站組成。通過數據採集和數據處理，確定飛機飛行的航跡的三維坐標，能為航空測量瞬間提供測站坐標。
（2）導航組件
導航組件由1個導航GPS組成。導航GPS應能裝載航飛任務的相關信息，包括各航線起點、終點坐標，同時導航系統套用圖文方式向飛行員和系統操作員提供飛機現在的狀態，即飛機現在離任務航線起點終點的距離、航線橫向偏差、飛行速度、航線偏離方向、航線在測區中的位置。系統應既能處理區域測量也能處理帶狀測量。
（3）數碼成像組件
數碼成像組件由1個通過計算機控制的數位相機組成。它將重疊的24 bit彩色影像存儲在移動硬碟上。航片寬度應該調節到與雷射掃描寬度相匹配。這些相片通過後處理進行糾正鑲嵌形成彩色正射數字影像。
（4）攝像機組件
攝像機組件由1對帶時間標記的攝像機組成，一個記錄垂直方向的地面情況，一個記錄前方與水平方向成20°～45°方向的地面情況。
電力行業套用現狀
在國外，機載三維雷射掃描系統廣泛套用於基礎測繪、軍事工業、數字城市乃至農林牧漁。在國內，該技術的套用研究尚處於起步階段。
發展方向
機載三維雷射掃描系統（LiDAR）作為一項先進的三維航空遙感技術，同常規航測方法相比，具有非常突出的優點，但目前的套用受到一些限制，比如相應的數據處理軟體的開發，操作標準的制訂，數據質量的控制，都需要進一步研究。攝影測量與LiDAR相結合，這是目前LiDAR面臨的最大問題。隨著數據處理技術以及相應的行業套用平台的逐步完善成熟，機載三維雷射掃描系統必將成為航空遙感領域的主流技術，具有廣闊的套用前景和巨大的市場空間。機載雷射掃描測量技術將給輸電線路設計平台帶來一場變革，使輸電線路真正走向三維設計，從而使超高壓、特高壓工程的整個勘測設計流程發生根本性變化。
