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机载激光雷达测量与航空摄影测量

时间:2021-10-14 百科知识 联系我们

机载激光雷达测量与航空摄影测量_机载激光雷达测量技术及工程应用实践

§1.2 机载激光雷达测量与航空摄影测量

航空摄影测量作为一种传统的、应用最为广泛的航空遥感方式,在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和全数字摄影测量数个阶段后,技术上已经十分成熟,LiDAR技术是近数十年才发展起来的高新技术,成功运用于商业使用才十几年的时间,还有许多问题需要解决。但相对于传统的摄影测量,具有精度高,影像清晰,信息丰富等优势。同时可以用少量的地面控制点来代替传统测量中大量的野外工作,降低了工作难度,减少了工作量,缩短了生产周期,大大提高了工作效率

与航空摄影测量技术相比较,机载激光雷达测量技术具有以下优点:

(1)机载激光雷达系统本身是一个主动系统,从理论上来讲,可以全天候工作,而航空摄影测量系统则是一个被动系统,要求具有良好的气象条件,诸如能见度、太阳角度等,通常是在白天作业。

(2)由于激光具有一定的穿透能力,因此利用机载激光雷达系统可以测量到植被以下的地面,获取到植被覆盖区域的较高精度的地形表面数据。如果采用航空摄影测量技术,则需要作业人员进行人工介入,采用预先调绘或估计植被高程的方法来获取地形表面的数据。

(3)机载激光雷达高程数据精度高于航空摄影测量方式所获取的高程数据精度。采用航空摄影测量方式所获取的高程数据精度与航高成反比,而航高对机载激光雷达高程数据精度影响不是很大。

(4)机载激光雷达测量技术的作业周期远小于传统的航空摄影测量技术,作业成本远低于航空摄影测量。采用机载激光雷达测量技术在数据采集飞行完成后,只需要利用相应的数据处理软件即可完成全部作业。一些相关文献指出,激光雷达测量数据处理速度是摄影测量的几十倍以上,甚至可以隔夜提供产品。例如,美国纽约“9.11”事件后,一家测量公司马上受命使用激光雷达技术对世贸大厦废墟进行测量,当晚便提供了数据成果。相比之下,航空摄影测量技术还需要进行诸如外业调绘以及航外控制测量等作业(吴华意等)。

(5)对于一些重点关注地面上地物的应用,比如电力线检测、城市建筑物提取等,激光雷达具有显而易见的优势。

事实上,在生产方面,激光雷达和摄影测量各有优势和不足,摄影测量在航摄效率方面要比激光雷达高,激光雷达在数据处理方面要比摄影测量少。

LiDAR最直接的应用就是生成DEM,应用LiDAR只需几天就可以生成大范围的DTM,而用摄影测量或地面测量的方法,可能需要几周甚至几个月,项目越大则越节省时间。

与航空摄影测量技术相比较,机载激光雷达测量技术具有以下不足:

1.硬件设备昂贵

LiDAR系统由于整合了IMU、GPS、成像装置和激光扫描仪等设备,其价格通常需要数十万美元。此外由于种种原因,国内很难买到配有高精度的IMU,这从客观上也影响了数据成果的精度。

2.飞行限制条件

尽管激光雷达测量系统可以在白天或夜晚等各种气象条件下飞行,但通常仅有激光数据是不够的,还需要同步获取数码影像数据,这样飞行条件将受到一些限制。因为影像数据必须在无云或少云的情况下拍摄获取,且与太阳角度有关。因此仅仅生成DTM产品很省钱且很快,但若加上特征制图就显不出优势了。

3.地形特征描述欠缺(www.guayunfan.com)

激光雷达测量系统采集的激光点有一定的间距,很难恰好落在特征点上,如沟底,因此在生成DTM时难以勾绘特征线。而摄影测量和地面测量可以很好地勾绘出特征线,因为可以沿着特征线直接量测特征点。不过利用激光雷达测量系统同步采集的影像,应用立体像对可以帮助识别沟顶、沟底、植被和岩石等特征。

4.数据的后期处理相对滞后

激光雷达数据的后处理,与硬件的发展相比较还很滞后,目前可以用于LiDAR数据处理的软件还不多,而且算法还很不成熟,难以找到一套可以适应各种复杂地形的自动算法或半自动算法,数据处理中还需要大量的人工手工编辑,耗费大量的人力、物力和时间。而且,目前,LiDAR的运用还不多,特别是国内,没有多少可以借鉴的经验和教训,更没有规范可以遵循,而摄影测量作为一项成熟的技术,已经制定了详细的作业流程规范。

二者的比较如表1-1所示。

表1-1  航空摄影测量与机载激光雷达测量比较

根据硬件设备的不同,航空摄影测量可以进一步细分为胶片式和数码式两类,表1-2为机载激光雷达测量与胶片式航空摄影测量和数码式航空摄影测量的简单比较。

表1-2  航空摄影测量与机载激光雷达测量比较

续表

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