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机载技术发展展望

时间:2022-10-14 百科知识 版权反馈
【摘要】:目前,机载激光雷达测量技术正蓬勃发展,已成为测绘等领域的一个热点,但目前还没有相应的技术规范和作业标准,用户对结果的可信度有时不好评价。因此,制定一个国际标准显得非常迫切,包括机载激光雷达测量系统的检校、结果精度的外部评价方法和策略、数据处理算法自适应性等。随着条件的成熟,可在我国开发自己的机载激光雷达测量硬件系统。

8.2 机载LIDAR技术发展展望

(1)开拓新的机载激光雷达测量应用

随着机载激光雷达测量技术的不断成熟和数据处理算法的不断完善,机载激光雷达测量技术的应用领域会越来越广,将主要表现在利用机载激光雷达测量数据建立3D城市模型;利用机载激光雷达测量系统进行森林资源的管理和评估;建立大范围高精度的数字地面模型;紧急灾害事件的快速响应;带状地形测绘;通信线路管理;水滨地带测绘;滑坡灾害测绘;变化监测等。

(2)多源数据的智能化融合处理

目前,机载激光雷达测量硬件较为成熟,而数据处理算法相对滞后,单一依靠机载激光雷达测量数据进行地物提取还有相当长的路要走,特别是对结果的可靠性和准确性来讲还有待提高,如果能融合影像数据、多光谱数据、地面已知的GIS数据等相互补充,充分利用各自的优势,有望取得满意的效果。当然,数据源越多,处理算法就越复杂,难度就越大。

(3)多传感器的高度集成

机载激光雷达测量不仅可以同CCD和多光谱传感器等集成在一起,还可以同航空重力仪集成在一起,利用重力测量观测值可计算大地水准面,与此同时,机载激光雷达测量仪提供大地高,有望解决卫星雷达测高近海岸及岛礁附近精度不高的缺陷,并作为一种重要的辅助数据源。

(4)星载激光测高的应用

美国国家宇航局(NASA)在20世纪90年代就开始研制地球科学激光测高系统(Geoscience Laser Altimetry System,GLAS),它是NASA整个地球科学计划(Earth Science Enterprise,ESE)或地球观测系统(Earth Observation System,EOS)的一部分,当时计划在2001年7月正式发射一颗激光测高卫星——ICESat(Ice,Cloud and land Elevation Satellite)。由于一些技术问题没能得到及时解决,这一计划推迟到2002年年底才发射。ICESat卫星的主要科学目的有以下三个方面:

第一,研究两极冰盖物质平衡以及它们对全球海平面变化的作用,为预测未来两极冰盖的变化趋势以及海平面变化提供基础数据,进而研究全球气候变迁。

第二,测绘陆地地形图,为获取全球格网数字高程模型提供一种全新的技术手段,对全球植被覆盖率进行调查和动态监测。

第三,用于测定云高、云层的垂直结构以及大气层中的悬浮粒子分布,研究大气层的垂直结构等,从而为研究整个大气圈的变化和中长期的气候变迁提供科学数据。

(5)制定相应的规范和标准

目前,机载激光雷达测量技术正蓬勃发展,已成为测绘等领域的一个热点,但目前还没有相应的技术规范和作业标准,用户对结果的可信度有时不好评价。因此,制定一个国际标准显得非常迫切,包括机载激光雷达测量系统的检校、结果精度的外部评价方法和策略、数据处理算法自适应性等。尽管已有不少人提出了各种方法、算法、想法,但并没有规范化和系统化。当然,这需要一段时间来实践和检验。

(6)机载激光雷达测量技术前景乐观

①国家足够重视,先后投入人力物力开展研究。

国家高技术研究发展计划信息获取与处理技术主题,在“数字地球”概念未出现之前的1991年,已开始支持新型的以高效率为主要目标的“三维信息获取与实时处理技术”项目,经过9年的努力,已先后完成了线扫描和圆扫描两种方式的机载“原理样机”。其中,圆扫描方式的机载“原理样机”已达到1∶10 000比例尺专用全数字地图的定位精度。这项拥有自主产权、申请了国家发明专利的高效三维遥感集成技术系统先后经过多次飞行试验,验证了性能指标。

在“十一五”期间,国家863计划在地球观测与导航技术高技术领域又专门立项研究激光雷达数据处理的关键技术,希望开发出国际领先的并具有自主知识产权的激光雷达数据处理软件系统,同时具有飞行控制和数据收集、点云滤波分类、专业应用三大核心功能,开发出基础测绘、数字城市、森林资源等核心应用数据处理系统。计划系统在数据自动化处理程度、分类精度和易操作性方面处于国际领先地位;能一次性读取并处理超过100Mb大小的文件,能够管理PB级的数据库;能够实现与图像的无缝融合;支持美国摄影测量和遥感学会激光雷达数据交换格式标准(LAS);支持通用文本格式(ASCII);兼容通用的CAD和GIS软件平台,能够对ArcGIS、AutoCAD等通用软件系统的文件转入输出;支持矢量/栅格数据及相互转换;系统稳定性好,用户界面友好,系统模块化,具有开发性和可扩充性。以上说明国家对这方面的研究已逐步重视。

②建立机载激光雷达开发应用研究基地。

随着条件的成熟,可在我国开发自己的机载激光雷达测量硬件系统。当然,机载激光扫描仪也可从国外购置(已有多家商用系统);开展高精度的GPS/INS组合定位测姿技术的研究,组织开发相关数据后处理软件,包括GPS/INS组合定位导航测姿定位的后处理模块、机载激光扫描对地定位的自动化处理模块、数据滤波分类、地物提取、三维重建模块等;建立飞行试验基地,包括机载激光雷达测量系统的检校场等。

对于机载激光雷达测量技术,目前可预期到的发展趋势将表现在以下方面。

第一,调整脉冲重复频率和分辨率来调整地面激光脚点的大小和间距,利用低空直升飞机平台为特殊应用提供更为详尽的地面信息;通过提升航高,扩大覆盖范围,进一步改善系统的绝对定位精度;通过对回波信号的严密电子分析,获取地面激光脚点的额外地表特征信息。

第二,在数据处理方面还具有很大的发展空间,主要是智能滤波和数据压缩。对非直接获取的目标和要素,通过更为复杂的目标建模提取更加完全的信息,如地貌结构、景观建模、城市模型、环境动态变化监测或数据的融合综合处理等。

第三,与其他技术的集成成为地理信息获取领域中非常经济有效的方法;配备数字相机,实现几何描述数据与数字图像数据的高度自动融合,进行目标识别和地物提取,主要可用于城市建模;数字式激光与图像数据的综合,实现与摄影测量的有效融合,形成高度综合且完整的多用途系统;实现通用多传感器、多数据源的完全融合。

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