机载三维激光扫描的实时一体化摄影测量及数据处理

机载三维激光扫描的实时一体化摄影测量及数据处理

测绘技术装备 季刊 第8卷 2006年第3期 技术交流 11

机载三维激光扫描的实时一体化摄影测量及数据处理

郑团结 缪剑 高德俊 张云彬

（1.总参测绘信息技术总站 西安 710054；2.总参测绘局 北京 10088）

摘 要：结合机载三维激光扫描实时一体化技术进行研究，从系统设计、航测规划、空中测量、地面监控、质量检查、DEM重采样等核心环节按“实时一体化”要求进行了详细设计和深入实践。从而为实时一体化测量提供了前中后期的配套模块，为机载三维激光扫描具体应用提供了详细的应用方案，为快速精确获取全方位、立体化地理数据提供了技术支持。实验表明，该方案能最大程度地满足军事地理数据的实时获取要求。 关键词：激光雷达 IMU/GPS 航测规划 内插重采样

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1 引言

随着激光测距技术、IMU/GPS制导技术在设备制造、自动控制、军事工业等高端领域的具体应用，利用传统航空、航天设备获取地面测量数据逐渐不能满足军事地理数据保障的实时、快速、精确、立体等发展要求。国际著名厂商美国徕卡、OPTECH、德国IGI 、奥地利RIGEL等公司先后推出了各自的机载三维激光扫描设备。

由于低端激光雷达和中、高端三维激光扫描设备的具体应用，传统航测规划、质量检查、数据处理的方式、手段、设备、平台都面临兼容性等实际问题。如何在现有设备、环境的前提下最大程度满足实时空中测量的时间和精度要求，从而为战场环境、动态检测、灾难控制等地形突变提供高时效、高精度、全方位的地理数据，这一严峻课题责无旁贷地摆在我们面前。 2 机载激光雷达

机载激光雷达是将光电技术、惯性测量与GPS复合姿态测量技术、激光扫描测距技术、高精度飞行器导航技术、图像处理技术高度集成的软硬件系统。硬件部分主要由三维激光扫描仪、系统控制器、IMU/GPS、控制计算机组成；软件部分主要包括航测规划、航测控制、数据处理等配套模块。

机载激光雷达测量精度取决于激光雷达的激光器的校对和标定、飞机的飞行高度和速度、GPS/IMU系统的精度、激光器的类型、斑点的大小等。 2.1 机载激光雷达硬件组成 2.1.1 扫描仪组件

扫描仪组件主要包括激光发射器、激光接收器、机械组件、扫描镜、窗口、接口板等。

激光器的种类较多，对于不同用途所选择的激光器各不相同。

测量普通地面地形地貌时，多数使用脉冲近红外激光器（波长在900～1550 nm）；测量水下地形地貌时，需要使用大功率的绿光或蓝光激光器。

大面积的高精度测量（如森林，城市等），可以使用德国IGI公司和奥地利RIEGL公司联合制造的LiteMapper 5600。它的激光器精度高达2mm，并且具备获取无穷次回波和数字波矢化的特点，因此能够获取有关植被、路面、建筑物边沿、斜坡等表面的详细细节。由于它使用的是安全等级为一级的激光器，所以不管是超低空、低空还是中高空测量，都不会对人体造成伤害。

中等精度的大面积测量，可以使用徕卡公司的ALS50或OPTECH的ALTM3100，该激光器分辨率2cm左右，近距离时会对于人、动物造成伤害，因此，当飞行高度低于800米时，必须对激光器的输出激光信号强度进行衰减。即使如此，一般也不能在低于400米高度使用。

低精度中小项目测量（如公路，铁路，电力）时，一般采用功率较小的激光器，这类激光器虽然测量精度较低，但相比前面的设备价格相对便宜，而且由于功率较小，所以对人和动物的伤害较小。 2.1.2 系统控制器

系统控制器控制激光发生器进行测距。激光发生器产生电信号后，开始驱动光学扫描头，控制器读取已编码的扫描角、GPS时标，将角度、距离等数据统一格式并进行记录。 2.1.3 IMU/GPS

IMU/GPS是主要用于航空、航天、航海领域的惯性测量与GPS复合姿态测量设备，该设备能够输出激光雷达、相机等多种传感器的空间位置和姿态数据。

目前，机载三维激光扫描设备中，徕卡和OPTECH的IMU/GPS采用的是加拿大Applanix公司的POS/AV 510-DG、POS/AV 410-DG和POS/AV 310-DG，它们全是基于美国Litton（雷盾）公司的LR86型号而改制的（机械式水平对准陀螺仪，dry-tuned gyro）。

美国和欧洲的许多激光雷达也使用德国IGI公司的IMU-IId和美国Litton公司的LN200，该设备

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