基于机载激光雷达的某电力线路工程测量实施思路研究

摘要:本文基于笔者参与的某电力线路工程测量经验,以LIDAR 技术在该工程测量中的应用为研究对象,分析了机载激光雷达线路工程测量的模式,结合工程实例探讨了具体的实施思路,详细探讨了数据处理的方式,相信对同行有所裨益。

关键词:LIDAR 电力线路优化DEM

1 引言

机载激光雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LIDAR),也叫机载激光雷达,是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统,它集成了激光扫描仪、差分GPS系统、IMU(Inertial Measurement Unit,惯性量测单元,用以量测飞机平台的飞行姿态)、数码相机。在动态载波相位差分GPS系统和IMU的支持下,激光扫描系统通过激光扫描器和距离传感器,经由微计算机对测量资料进行内部处理,显示或存储、输出距离和角度等资料,并与距离传感器获取的数据相匹配,经过相应软件进行一系列处理来获取被测目标的表面形态和三维坐标数据,从而进行各种量算或建立立体模型。

2 LIDAR数据获取的基本原理

当机载LIDAR航摄飞行时,激光扫描仪发射、接收激光束,对地面进行线状扫描,与此同时,动态GPS系统确定传感器的空间位置(经纬

激光雷达在电力巡检的创新应用

激光雷达在电力巡检的创新应用 The manuscript was revised on the evening of 2021

除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下： 1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等； 2、可实现线路安全距离范围内障碍物的自动识别与定位，并可自动输出全线路障碍物统计列表； 3、借助影像可识别电力设施的鸟巢等障碍物、螺栓缺失、绝缘子串损坏等排查； 4、通过多次数据的对比分析，可识别线路长时间运行后杆塔有无倾斜、倾斜角度多大、有无位移，这是常规遥感技术巡线技术做不到的； 5、通过周期性获取的线路走廊植被点云的分析，可动态监测植物的生长情况，模拟植被生长状态，预先获取线路净空内树木的超高量，以满足安全运行要求； 6、净空排查：主要对通道环境中违章建筑、建（构）筑物、树木（竹林）等与导线之间安全距离的检测。 7、获取线路走廊的精确三维地形，分析线路走廊的地质灾害及地质灾害对线路安全运行的影响。

8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。 9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。在哪些方面可以表现降低了运维成本和劳动强度？外业数据采集及效率巡检效率 1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有

无人机电力巡线解决方案.pdf

电力巡线无人机LiDAR解决方案北京北斗星通导航技术股份有限公司二Ｏ一五年七月

1.前言由于国内电网不断扩大，长距离输电线路，如特（超）高压线路增长迅速，而且很多的输电线路分布在崇山峻岭之中，为了日常电力线的维护，更新电力台账数据，防止电力事故的发生等工作，需要对电力线进行日常巡查的巡查工作。目前，电力巡线的主要工作内容主要由电力工人翻山越岭，通过人工的方式对现有电力线进行巡查。工作辛苦，劳动量大。利用无人机搭载激光雷达系统进行电力巡线是一项先进的技术手段。采用该项技术进行电力巡线，不仅在工作效率上可以大幅度提高，也能大大的减少野外工作，降低了巡线成本。 2.系统组成及工作原理 2.1 系统组成整个系统由地面基站、无人机LiDAR及配套软件三个部分组成，巡线机器人上搭载三维激光扫描仪、POS系统、控制器等设备。整套系统设备列表如下：

2.2 工作原理电力巡线无人机LiDAR 通过激光雷达系统巡线采集、处理电力沿线的激光点云，可以实现电力线路的真实三维重建，恢复电力线的沿线地表形态、地表附着物（建筑、树木等）、线路杆塔三维位置和模型等。此方案可以为输电线路监护人员提供数据基础，了解输电线路设备设施的结构信息，发现其中的异常和隐患，以及线路走廊中被跨越物对线路的威胁。该方案收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合效果更好。电力巡线无人机LiDAR 激光雷达测量系统具有传统的影像所不具备的优势，是对传统巡线方式的有效、必

要、低成本的补充： 1.数据精度高，无论地形、树高、杆塔模型、电线弧垂及交叉跨越，都可以最大限度实现电网在电脑中的数字化再现； 2.不但能够获取线路缺陷，而且能够对缺陷的位置进行准确的空间定位，而且确定线路与走廊地物的空间关系。传统影像信息无法获得这类信息； 3.可以检测线路间、线路与地面、线路与邻近植被的距离，确定建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范，并进行输电线路磁场干扰分析和安全范围等分析 4.配置符合运行规程的检测参数，全自动进行危险地物（特别是树木、交叉跨越）检查、报警、并输出检测结果表； 5.为沿线的植被管理、植被生长预测、制定植被砍伐计划提供依据； 6.结合在杆塔上安装的温度、湿度、风速、覆冰下弧垂变化等监控设备传回的数据，可以在三维数字化电网基础上进行各种电力分析，为输电线路管理决策提供有力支撑。 2.3 作业流程数据采集主要包括POS数据的采集和激光雷达数据的采集，其中POS数据的采集最为重要，高精度的POS数据是获取高精度三维数据的重要保证。

机载激光雷达数据后处理软件(LiDAR_Suite)简介

机载激光雷达数据后处理软件（LiDAR_Suite）简介 LiDAR_Suite是武汉天擎空间信息技术有限公司在国家高新技术发展计划项目基础上，开发的具有完全自主知识产权的机载LiDAR 数据后处理软件（如图1）。图1：LiDAR_Suite 系统界面 LiDAR_Suite 综合考虑了当前机载激光雷达数据处理与应用的实际，形成了一套从原始点云数据到高质量行业产品、成熟高效的机载LiDAR数据处理工艺流程。LiDAR_Suite 功能齐全，性能稳定，提供了涵盖机载激光雷达数据预处理、基础共性处理和专业应用处理等三个处理层次的丰富功能。具体包括： 1)机载LiDAR 点云数据、影像、矢量及DEM 等多源空间数据的存取与可视化，提供了和主流LiDAR 数据处理软件、遥感影像处理软件以及GIS软件的数据接口； 2)机载LiDAR 数据质量控制；机载LiDAR 系统检校、点云数据精度评价和点云数据的无缝航带拼接； 3)海量点云数据的工程化组织管理及其自动批处理；集群环境下的点云数据快速处理； 4)多种点云数据的自动滤波、分类算法，基于多模式和多视图的点云编辑精细

分类，多模式和可视化的分类精度评价； 5)基于机载LiDAR 点云的高质量数字高程模型和等高线生产； 6)面向机载LiDAR 同机航空数码相机的整区域快速正射影像生产；机载 LiDAR点云与非同机遥感影像的配准； 7)电力行业应用：电力线提取与建模、电力设施周边地物要素采集、危险点间距量测等； 8)数字城市应用：独立的子模块Building Modeler，实现城市建筑物三维模型的自动、半自动建立。 LiDAR_Suite采用了当前机载LiDAR最新数据处理技术，采用了模块化设计思想以及插件集成技术，在可视化、人机交互、易操作性、处理精度与效率等方面与现有商业化的主流机载激光雷达数据处理软件相比均具有一定的技术优势，并提供了灵活方便的、面向行业的二次开发功能。LiDAR_Suite兼顾了先进算法自动化处理和人机交互的作用，使系统更具实用性；面向专业应用提供了测绘生产、数字城市建模、电力行业应用等功能。目前，该软件已应用于实际的高精效测绘生产中，完成从原始点云数据到基础测绘产品生产（含DEM、DOM、等高线、部分DLG）以及产品精度评价的全部流程，效果良好（图2为数据生产工程管理示意图，图3为多模式和多视图的点云精细分类编辑示意图，图4为点云自动分类结果，图5为高精度DEM渲染结果，图6为电力悬链线的提取与建模，图7为建筑物半自动建模）。目前，LiDAR_Suite的生产处理成果已应用于国土、交通、水利等领域，并可望在更多领域如资源、环境、灾害、电力、农林等得到广泛应用。

机载激光雷达选择参考

机载激光雷达选择参考目前市场上销售的机载激光雷达来自多个厂家，有多种品牌和种类。那么，如何从中选择技术先进、性价比好、故障少又售后服务完善的设备呢？一、机载激光雷达系统生产厂家介绍目前提供机载激光雷达设备的厂家主要有：徕卡、Optech（加拿大）、IGI、天宝、TopEye和Riegl。这些厂家的特点是什么呢？（a）自己生产机载激光扫描仪，然后购买其他厂家的GPS/IMU及硬件和软件，集成机载激光雷达。这类厂家有徕卡，Optech（加拿大），Topeye（瑞典）和Riegl（奥地利）。在这些生产激光扫描仪的厂家中，生产规模最大的和研究能力最强的是Riegl公司，他向许多厂家提供了一系列产品，如： LMS-Q系列机载激光扫描仪：LMS-Q240, LMS-Q280, LMS-Q120i，LMS-Q160(超轻型，防摔型，无人机专用)等。新型的具备数字化全波形数据获取和实时处理能力的VQ系列机载激光扫描仪：VQ180, VQ280, VQ480，LMS-Q560和VQ680i等。目前，徕卡只生产一种激光扫描仪，而其他厂家也大多只生产两款机载激光扫描仪作为自己的系统集成使用。Optech虽然能够生产具备数字化全波形数据的激光扫描仪，但不是标准配置，用户需要另外付费。但即便如此，也已经落后Riegl公司六年。这里还要指出的是：徕卡公司在2005年前一直使用的是加拿大Applanix POS系统，由于美国的禁运政策，向中国出口的POS系统都进行了许多修改，性能明显下降，并且伴随不稳定的情况。为了保证激光雷达性能的可靠性，徕卡在2004年后测试了许多不同公司（包括Honeywell）的POS系统。在２００５年７月又从加拿大TerraMatics公司（1998年成立）购买了其POS系统的IP（知识产权），避开北美区域，由自己（在瑞士）来研发和委托生产型号为iPAS 的POS系统。目前国内所销售的徕卡的ALS５０－ii和６０系统基本都是配置iPAS定位系统。

机载激光在电力工程的应用

机载激光在电力工程的应用发表时间：2019-05-17T16:41:09.817Z 来源：《电力设备》2018年第34期作者：孙生海马桂梅车先华 [导读] 摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。 (中国电建集团青海省电力设计院有限公司青海西宁 810000) 摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。科技的快速发展，遥感领域也取得革命性成就，其中最为突出的当属机载激光雷达技术，并列入当前最为先进的三维遥感技术之列，本文将机载激光雷达技术作为根本切入点对其组成和原理进行分析。近几年来，随着国民经济不断发展，越来越高的用电需求对国家电网带来了严峻的考验，如何保证电网运输稳定以及电力运输安全也就成了重中之重。本文就机载激光在电力工程的应用展开探讨。关键词:机载激光雷达技术；优化选线；电力巡线；数字电网引言近几年来，随着国民经济不断发展，越来越高的用电需求对国家电网带来了严峻的考验，如何保证电网运输稳定以及电力运输安全也就成了重中之重。 1机载激光雷达技术 1.1机载激光雷达系统组成机载激光雷达测量系统以飞机作为观测平台，激光扫描测距系统为传感器，实时获取地球表面的三维空间信息。机载激光雷达测量系统主要由5部分构成：激光雷达测距系统、动态差分GPS、INS姿态测量系统、数码相机、计算机。其中，激光雷达测距系统用于测定传感器到地面点的距离，激光器主动发射激光脉冲，激光到达地面经地面物体反射回来的激光被扫描镜收集，然后通过激光的传播速度和时间间隔就可以确定扫描镜到地面物体的距离；动态差分GPS技术广泛应用于确定车船、飞机等动态载体的实时位置，它由若干个地面基准站和一个空中流动站组成，基准站GPS接收机和空中流动站GPS同步而连续地观测GPS卫星信号，通过后期GPS数据处理，就可以准确获取飞机实时精确的位置；INS姿态测量系统是LIDAR的一个重要组成部分，主要负责提供飞行器的瞬时姿态参数，INS姿态测量系统不仅可以为飞行员提供飞行姿态参考，也为后续激光数据处理提供基础数据；数码相机主要用来同步对地面物体进行拍摄，拍摄的照片主要为后期制作DEM和进行激光点分类作参考；计算机是机载激光雷达测量系统各单元分工协作的中心控制单元，用来协调和控制各个工作部件的正常工作。 1.2机载激光雷达系统工作原理在机载激光雷达系统中，我们会凭借着飞机做为一个观测平台，而传感器则采用一种实时传输数据的激光扫描仪。通过不断的向地球表面发射一束束的激光脉冲，再通过激光脉冲来回所经历的时间来确定激光扫描仪中心距离地球表面激光光斑之间的距离，后根据GPS来确定激光扫描仪精确的空间三维坐标(X，Y，Z)，并且利用IMU测出扫描仪实时的空间姿态参数。根据几何参数和空间几何关系，可以把每一个地面激光点的三维坐标计算出来。相比于传统的遥感技术，机载激光雷达技术具有自动化程度高、作业成本低、实时的数据支持等许多优点，对于跟随国家经济共同发展的电网建设有着很大的技术优势。大体的计算步骤:第一，将激光扫描仪发射和接受激光脉冲的瞬时时刻记录下来;第二，通过光速恒定原理将发射和反射时间转化为斜距进行测量;第三，可以通过传感器实时传输回来的位置和方向来计算出地球反射表面任何一点的三维坐标。 2机载激光技术在电力工程中的应用 2.1电力优化选线电力优化选线的主要目的是路径更加合理、经济，同时尽量减少对线路周围环境的影响，从而达到节约建设和使用成本的目的。利用机载激光雷达技术进行架空送电线路优化选线的方法大致如下：首先，利用现在已经拥有的小比例尺地形图或者卫星遥感影像数据，初步选择一条较好的输电线路路径，完成初步路径选择；其次，根据初选路径，采用机载激光雷达测量系统进行全线测量，并对数据进行处理且进行实地调绘；最后，结合激光雷达数据、调绘成果和其他成果，设计人员在输电线路设计软件中进行线路路径优化并输出路径成果、影像路径图、平面图、断面图等设计成果图。 2.2电力巡线随着我国经济实力不断提升，对远距离高压的电力输送需求越来越大，要求也越来越高，安全、稳定也逐渐受到了我们的关注。因此对于电力线路的维修也变得越来越重要，为了确保输电线路的运营安全，电网维修管理部门一项非常重要的工作便是电力巡线，往往会投入大量的维修人员定时巡检，从而发现并排除那些隐藏的不稳定因素，避免出现事故。对于传统巡查方式，需要投入大量人力和物力，不仅浪费着很多人力资源，而且作业周期也长，受环境影响较大，当遇到复杂地形时，该情况更为明显，因此我们需要更先进的巡检方式来满足巡检要求。 2.3三维重建电力线三维重建是机载激光雷达数据处理的关键环节，实际上就是通过选取适当的模型的形式，对电力线的实际状态进行拟合，进而实现机载激光雷达数据的三维可视化表达。后续的研究主要集中在单档电力线、单根电力线的确定以及选择三维重建模型等几个方面。电力线三维重建的精度将直接影响后续各项应用的效果，因此三维重建的关键在于选取高精度的三维重建模型。现行的多种电力线三维重建模型主要包括直线和悬链线结合的模型、直线和拋物线结合的模型、直线和二元多次多项式结合的模型、多项式模型等四种。在这些电力线三维重建模型中，前三种模型通过两个关联部分分别表达电力线机载激光雷达点云在平面以及某一垂直于平面的铅垂面上的投影点，被称为“间接法”;后一种模型直接对电力线机载激光雷达点云进行三维表达，称为“直接法”。无论是“间接法”或是“直接法”，所选模型必将影响重建精度，悬链线模型相较于抛物线方程，不仅模型参数的求解更为复杂，三维重建精度反而较低。此外，选用“间接法”进行三维重建时，铅垂面的选择也将影响重建精度，机载激光雷达点云数据本身的精度、复杂度和粗差均将影响三维重建精度。 2.4数字电网建设在我国的数字电网建设中三维建模已经成为了一项十分重要的内容，利用机载激光雷达系统可以清楚的获得输电线路走廊地形以及输电线路的三维建模，其次作业人员可以通过将机载激光雷达系统把线路走廊地形处理为DOM和DEM来实现展现，而对于线路的三维建模的

机载激光雷达数据处理流程

机载激光雷达数据处理编制：深圳飞马机器人科技有限公司版本号：V0.1 日期：2019-3-22

目录机载激光雷达数据处理 (1) 1.概述 (5) 2.软件准备 (5) 3.数据整理 (6) 3.1.GPS数据 (6) 3.2.LIDAR原始数据 (7) 3.3.影像数据...........................................错误！未定义书签。 3.4.数据整理与存放..............................错误！未定义书签。 4.差分解算 (7) 4.1.GPS数据格式转换 (7) 4.2.影像POS数据处理..........................错误！未定义书签。 4.3.点云轨迹解算 (10) 5.影像数据处理..............................................错误！未定义书签。 6.点云数据预处理 (26) 6.1.新建项目 (26) 6.2.点云解算 (30) 6.3.数据检核 (31) 6.4.特征提取 (33) 6.5.航带平差 (34) 6.6.点云赋色 (35)

6.7.坐标转换 (36) 6.8.点云标准格式（LAS）导出 (38) 7.点云数据后处理 (39) 7.1.数据分块 (39) 7.2.噪声点滤除 (40) 7.3.分类编辑 (41) 7.4.DEM输出 (44) 7.5.EPS采集DLG (45) 7.6.基于点云采集DLG (51) 8.成果精度检查与汇交 (57) 8.1.点云精度检查 (58) 8.2.成果提交（只列出点云成果，不含影像） (58)

激光雷达在电力巡检的创新应用

除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下： 1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等； 8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。 9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？

数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。巡检效率 1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有数据；50分钟内即可生成巡检报告，获取通道内的净空数据，外业人员可及时联系相关人员，在短时间内，排除净空障碍隐患。这种效率是传统人工巡检无法做到的，

以下是具体比较：无人机载激光雷达电力巡线社会经济效益一览表

2、巡线数据真实可靠性：由于传统的人工巡线很难确保巡线人员能够百分之百到达位置，即使是使用GPS“打考勤”，也不能确保巡线人员对每个检测点都进行认真可靠的检测。因此，对于数据收集的可靠性上，使用无人机搭载激光雷达，是更具备真实客观性。 1、数据预处理功能：包括全息数据导入、航迹姿态数据处理、激光点云数据解算、激光点云/高清影像/红外图像等精确匹配等；数据预处理功能主要应用到的坐标转换如下。（1）扫描仪局部坐标到IMU坐标转换；

机载LiDAR在电力行业中的应用--以A-pilot三维激光扫描仪为例

机载LiDAR在电力行业中的应用--以A-pilot三维激光扫描仪为例(2013-08-13 14:28:58) 转载▼ 1.简介随着我国经济的发展、高速铁路的建设，对电力的需求也呈高速增长，相应地对电网建设的需求也越来越高。国家在十二五期间也投入了1.7万巨额资金用于电网的建设，新增线路1.32万公里，直流线路1.22万公里。计划到2020年底，中国将建成覆盖华北、华中、华东地区的特高压交流同步电网，建成800千伏向家坝－上海、锦屏－苏南、溪洛渡－株洲、溪洛渡－浙西等特高压直流工程15个，包括特高压直流换流站约30座、线路约2.6万公里，输送容量达9440万千瓦。面对如此大规模的电力网络，如何进行高效地管理，保证电网正常运行，确保输电安全，显得尤为重要。任何停电事故不仅会对电力企业造成经济损失，而且会对整个社会和电力用户造成严重影响。机载激光雷达测量技术是继GPS技术之后在遥感测绘领域的又一场技术革命。它可以同步采集高精度激光点云数据和高分辨率影像数据，结合地理信息技术可大大提高电网建设的水平与效率。机载激光雷达测量集成了激光扫描仪和高精度数字相机两种最主要的探测传感器，利用激光测距原理和摄影测量原理，快速获取大面积地球表面的三维数据，具有测量速度快、精度高，穿透性好，受外界环境影响小，自动化程度高等特点，最大程度地反映地表真实状况，可快速生成DEM、DSM和DOM.。对于规划电网线路，通过机载激光雷达测量技术采集和处理的规划沿线数据，为电力线路优化，外业勘测，设计施工提供数据支持与指导。对于已建设电网线路，利用机载激光雷达测量技术采集和处理的电网沿线数据，可以恢复电线实际形状，自动测量电线到地面的距离和相邻电线间距，计算垂曲度、跨度等，实现危险点预警，以便及时调整与维修线路。 2.机载激光雷达测量技术在电网中的应用 2.1作业模式传统的电网建设，包括规划、线路设计、杆塔排位、外业施工等。所需的数据基本都是采用人工测绘或者航空摄影测绘的方式，主要的缺点就是数据不直观，精度低，再利用程度低。机载激光雷达用于输电线路优化设计包括数据获取、数据处理、优化设计等工作内容。（1）原始数据获取航飞之前需要制定相关飞行计划，安装机载激光雷达测量系统（包括三维激光扫描仪、数字相机、惯性导航系统、GPS接收机等），并对系统进行测试，测试正常后进行飞行采集数据。（2）基础数据处理机载激光雷达测量系统采集的数据需要进行一定的处理之后才能使用，可分为预处理和后处理。预处理包括导航数据解算和激光数据预处理。后处理包括点云分类、坐标匹配、影像定向、正射纠正和镶嵌、三维模型建立。（3）线路优化设计

机载激光雷达的应用现状及发展趋势

机载激光雷达的应用现状及发展趋势摘要：机载激光雷达是一种应用越来越广泛的对地观测系统，本文简要介绍了机载LIDAR系统及其测量原理，并重点综述了机载LIDAR的应用现状最后对其发展趋势进行了展望。关键字：激光；激光器；激光技术；激光雷达一、机载LIDAR的技术原理机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LIDAR）是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度计物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术，是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物，是遥感测量领域的一门新兴技术。自20世纪60年代末世界第一部激光雷达诞生以来，机载激光雷达技术作为一种重要的航空遥感技术，已经被越来越多的学者所关注。迄今为止，机载激光雷达的研究与应用均取得了相当大的进展，虽然机载激光雷达无法完全取代传统的航空摄影测量作业方式，但可以预见，在未来的航空遥感领域，机载激光雷达将成为主流之一。进入90年代，机载激光雷达系统进入实用化阶段，并成为雷达遥感发展的重要方向之一。机载LIDAR系统是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实习对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度激光点云数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。其应用已超出传统测量，遥感，以及近景测量所覆盖的范围，成为一种独特的数据获取方式。与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离测量可大大提高了数据采集的可靠性抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时，只要不存在方向反射，总会有一部分光会反射回去，成为回波信号，被系统的接收器所接收，当仪器计算出光由激光器射出返回到接收器的时间为2t后，那么，激光器到反射物体的距离d=光速c×t\2 。在机载激光雷达系统中，利用惯性导航系统获得飞行过程中的3个方位角（ψωκ），通过全球定位系统（GPS）获取激光扫描仪中心坐标（x y z），最后利用激光扫描仪获取到激光扫描仪中心至地面点的距离D，由此可以计算出此刻地面上相应激光点（X Y Z）的空间坐标。假设三维空间中一点的坐标已知，求出改点到地面上某一待定点P（XYZ）的向量，则P点的坐标就可以由加得到。其中点为遥感器的投影中心，其坐标可利用动态差分GPS求出，向量的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪的投影中心到地面激光脚点间的距离，姿态参数可以利用高精度姿态测量装置（INS）进行测量获得的。利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15至1米，高程精度可达10cm至30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是为综合航射影像和空中数据定位二设计的新技术

机载激光雷达系统在测绘领域的应用

机载激光雷达系统在测绘领域的应用摘要：本文通过对国内外机载激光雷达的发展现状进行了分析,结合本单位激光雷达的实际应用和其特点,介绍了其在测绘等行业的应用,阐述了其对测绘领域带来的巨大变革和广阔前景。关键词：4D测绘产品机载激光雷达激光点云机载激光雷达系统（Light Detection And Ranging，简称LIDAR）是集全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（IMU）、激光扫描系统、航空摄影系统的快速测量系统。它能够大面积、高分辨率、快速准确地获取地表各类地理信息，可实时快速获取高精度点云数据、数字地面模型（DTM）、数字表面模型（DSM）以及测区高程等数据成果。被测绘界认为是继全球定位系统（GPS）之后的重大技术革命，是当前测绘科技发展的国际前沿。本文结合作者单位拥有的徕卡公司最新的ALS60机载激光雷达系统系统在测绘生产领域多个项目的实际应用情况，介绍了其对测绘领域带来的巨大变革和广阔前景。国内外机载激光雷达的发展现状机载激光雷达测量技术发展已经有二十余年的历史,从早期的美国宇宙航天激光测距到德国诞生的世界上第一个商用样机激光断面测量系统，发展到近些年来随着当今科技技术日新月异的进步，激光雷达系统更是得到了迅猛的发展，其在测绘市场的市场份额逐年快速增长。目前，全球已经有众多的商用系统在使用，如TopScan、Optech、Top Eye、Saab、Fli-map 、TopoSys、Hawk2Eye 等多种实用系统。具有代表性的系统主要有：德国IGI和奥地利RIGEL公司联合制的Lite Maper6800，美国alpha的SHOLAS和加拿大OPTECH的ALTM3100T，德国TopoSys的Falcon，以及美国Leica公司的Leica ALS50/60等。上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是在芬兰和德国的应用更为广泛。国内在地面三维激光扫描系统、车载激光雷达系统方面已有相关产品投入实际生产应用。但在机载激光雷达技术的硬件研究制造上国内外差距较大，现有技术基础比较薄弱。虽有原理样机的研制，但距实用化尤其是形成产品尚有一段距离。所以至今国内还没有成熟的机载激光雷达系统出现。机载激光雷达在测绘等领域的应用 1. 机载激光雷达测量技术主要特点和性能

点云密度对机载激光雷达林分高度反演的影响

林业科学研究　2008,21(增刊):14～19 Forest Research 文章编号:100121498(2008)增刊20014206 点云密度对机载激光雷达林分高度反演的影响 3 庞　勇,李增元,谭炳香,刘清旺,赵　峰,周淑芳 (中国林业科学研究院资源信息研究所,北京　100091) 摘　要:以山东省泰安市徂徕山林场和重庆铁山坪林场为试验区,分别于2005年5月和2006年9月获取了低密度和高密度的L i D AR 点云数据,分别进行了林分平均高的反演试验。通过两个试验区的对比,分析了不同点云密度对机载L i D AR 数据反演林分参数的影响。结果表明:对于两种密度的点云数据,使用分位数法都可以很好地进行林分平均高的估计,高密度点云的反演结果略好一些,但二者结果差异不大;高密度的点云可以进行更小尺度的林分高估计和单木树高的估计,从而可以减少甚至避免对实地树高测量的依赖。关键词:L i D AR;点云密度;林分平均高中图分类号:S771.8 文献标识码:A 收稿日期:2007212209 基金项目:国家863课题(2007AA12Z173)、国家自然科学基金课题(40601070)、国家973课题(2007CB714404)、国家林业局948项目(200424264) 作者简介:庞勇(1976—),安徽省太和人,博士,助理研究员,主要从事合成孔径雷达和激光雷达对地观测机理和森林参数定量反演等方面的研究.Email:caf .pang@g mail .com 3本文作者感谢山东省泰安市徂徕山林场和重庆市铁山坪林场在外业调查中给予的大力支持和协作! The Effects of A i rborne L i D AR Po i n t D en sity on Forest He i ght Esti m a ti on PANG Yong,L I Zeng 2yuan,TAN B ing 2xiang,L I U Q ing 2w ang,ZHAO Feng,ZHOU Shu 2fang (Research I nstitute of Forest Res ource I nfor mati on Techniques,CAF,Beijing 100091,China ) Abstract:This paper takes Culaishan Forest Far m ,Shandong Pr ovince,and Tieshanp ing Forest Far m ,Chongqing,as test sites .The airborne discrete return L i D AR data were collected in May of 2005and Sep te mber of 2006seperately .The f orest height was esti m ated for both test sites .Thr ough the ca mparis on of the t w o sites,the effects of airborne L i D AR point density on f orest height esti m ati on were analyzed .The results de monstrated that it was feasible t o use l ow and high point density airborne L i D AR data t o esti m ate f orest height .Quartiles could give good tree height esti m ati on in the l ow L i D AR point density case .The accuracies fr om high density L i D AR data showeds only a little better than l ow density data .The high density data could be used t o esti m ate finer scale f orest height even individual tree height,which is hel pful t o m ini m ize necessity of the nu mber filed p l ots .Key words:L i D AR;point dansity;stand mean height 激光雷达L i D AR (L ight detecti on and ranging )是近年来国际上发展十分迅速的主动遥感技术,在森林参数的定量测量和反演上取得了成功的应用。激光雷达具有与被动光学遥感不同的成像机理,给林业遥感带来了重大突破,对植被空间结构和地形的探测能力很强,特别是对森林高度的探测能力,具有明显的优势。近20年来,研究者发展提出了许多用激光雷达数据反演林木参数的算法[1-4] ,极大推进了激光雷达在林业上的应用。小脚印的激光雷达系统已经成功地用于大范围的森林资源清查中[5] ,星载大脚印激光雷达已经在轨运行并成功地进行了全球的数据获取[6] 。

机载激光雷达航测技术

机载激光雷达航测技术机载三维激光雷达测量系统是一种主动航空遥感装置，是实现地面三维坐标和影像数据同步、快速、高精确获取，并快速、智能化实现地物三维实时、变化、真实形态特性再现的一种国际领先的测绘高新技术。该技术基于激光测距、GPS定位、惯导测量、及航空摄影测量原理，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像等空间地理信息数据。激光雷达工作原理图 1、机载激光雷达设备机载激光雷达测量系统设备主要包括三大部件：机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统POS（包括全球定位系统GPS和惯性导航仪IMU）。其中机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，测量地形同时记录回波强度及波形；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；POS系统部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，其中GPS确定空间位置，IMU

惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。机载激光雷达设备主要构成天宝公司Harrier 68i是当今世界最强性能水平的全新一代机载三维激光雷达系统之一，在系统稳定性、硬件性能指标、软件配套等方面领先于其它同类产品。 Harrier 68i机载激光雷达测量系统该设备具有以下特点：能够接收无穷次回波的全波形数据最大脉冲频率可高达40万赫兹距离精度最高可为±2 cm 实现与GPS、INS、数码相机等设备无缝结合

符合激光安全标准，允许在任何高度进行安全操作 IMU惯导仪的采样频率高达200Hz 集成高精度航空数码相机，像素为6000万 2、生产流程机载激光雷达航测作业的生产环节，主要包括航飞权申请、航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、数字高程模型（DEM）制作、数字正射影像（DOM）制作、建筑物三维白模生产等环节。机载激光雷达航测工作流程 1)航摄准备。该阶段除需进行项目所需资料的收集以及人员和设备的配备保障等各项项目准备工作外，最主要的工作是按相关规定和流程申请获得项目测区的

机载LIDAR系统的原理及结构

机载LIDAR系统的原理及结构机载激光雷达(LiDAR)技术，是一种通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点的三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。机载激光雷达系统集成了GPS、IMU、激光扫描仪、数码相机等光谱成像设备。其中主动传感系统(激光扫描仪)利用返回的脉冲可获取探测目标高分辨率的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被动光电成像技术(数码相机)可获取探测目标的数字成像信息，经过地面的信息处理而生成逐个地面采样点的三维坐标，最后经过综合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位与成像结果，如高密度点云数据、高分辨率数字正射影像DOM、各种数字地形模型DTM、表面模型DSM、大比例尺地形图DLG等，并且利用激光LIDAR的高密度点云所形成的数字地表模型经过一定的加工可以制作真正在国土、规划和城市建设管理、以及数字城市建设中可以应用的3D电子沙盘。传统的航空摄影测量制作技术主要依靠空中三角立体测量技术,依赖航空摄影、摄影处理、地面测量(空中三角测量)、立体测量、制图过程的生产模式,周期明显太长,已经无法适应当前信息社会的需要。激光雷达(Light Detection And Ranging, LiDAR)技术是现代对地观测的最新技术之一,通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点三维坐标,对地面的探测能力有着强大的优势,具有空间与时间分辨率高、动态探测范围大、地面基站布设少、能够部分穿越树林遮挡、直接获取真实地表的高精度三维信息等特点,是快速获取高精度地形信息的全新手段。一、机载LIDAR系统的原理机载 LIDAR 系统是一种集激光扫描、GPS\DGPS 和惯性导航系统三种技术于一体的系统，这三种技术的结合，可以高度精确地定位激光束打在物体上的光斑。激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达毫米级。机载激光雷达系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接受。从空中的飞行载体上对地面进行测量的原理是“双路”时间测量方法。即只需要记录激光信号从激光器发射到返回的时间，结合其他数据就可以准确的计算出地面光斑的准确的X、Y、Z坐标。

机载激光雷达测深技术及应用

机载激光雷达测深技术及应用海底地形是海洋基础测绘要获取的重要地理空间信息之一，在国民经济建设、海洋权益维护、国防建设和科学研究中具有重要的作用。人们通过对声、光、电、磁长期的研究后发现，声波在海水中具有光、电、磁无法比拟的优越性。迄今为止，人们所熟知的水中的各种能量辐射形式中，以声波的传播性能为最好。正是由于声波在海水中衰减小、传播距离长，因而最适合于水深测量。因此，基于声波的回声测深技术是应用最广最为成熟的水深测量技术，其中最为典型的测深设备是单波束测深仪和多波束测深系统。尤其是多波束测深系统以其高效率全覆盖的优势在水深测量中得到了越来越普遍的应用。一般而言，多波束测深系统的波束在海底的覆盖宽度是水深的 3 ～7 倍，个别系统最大可达10 倍。然而，即使是多波束测深系统具有如此之宽的覆盖测幅，在浅水区的全覆盖测量效率也是非常低的。自从人们发现光波在海水中的最佳透光窗口后，机载激光测深技术得到了迅速的发展。美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、瑞典、中国等都先后对机载激光测深技术进行了研究。其中最为成熟的机载激光测深系统是加拿大的 SHOALS 系列产品(现已升级为CZMIL) 和瑞典的 HAWKEYE 系列产品。机载激光测深技术是集激光、全球定位与导航、自动控制、航空、计算机等前沿技术，以直升机和固定翼飞机为平台，从空中向海面发射激光束来测量水深的海洋高新技术，属于主动测深系统，在浅于 50m 的沿岸水域，具有无可比拟的优越性。特别是能够高效快速测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域。其主要优点如下：( 1) 覆盖宽度不受水深的影响，而仅仅与飞机航高和激光测深系统的宽高比有关，这一显著特点是多波束测深系统所不具备的；( 2) 飞机速度远远快于船速，因此，机载激光测深系统具有很好的机动性和非常高的测深效率；( 3) 机载激光测深系统目前已具有水部和陆部同时测量的功能，即在岸线附近，测量水深的同时，还可以测量岸线附近的地形。一、激光测深原理机载激光测深技术是一种主动式测量技术，利用了光在海洋中传播特性。海水组成成分复杂，包括可溶有机物、无机盐、悬浮泥沙和浮游生物，这些物质对光有一定的吸收和散射作用。1963 年，Duntley S Q 和 Gilbert G D 等人在研究光波在海水中传播规律时，发现0.47-0.58 m 波段内的蓝绿光在海水中传播时衰减程度比其它波段小很多，证实了海洋中存在一个类似于大气的透光窗口。机载激光正是利用了蓝绿光在海水中传播衰减小的特性。机载激光水下目标探测的基本原理和回声测深原理相似。机载激光雷达采用激光器同时发射红外激光（波长 1046 μm）和蓝绿激光（波长 532 μm）。红外激光到达海面后反射，被激光接收器接收；而蓝绿激光由于传播衰减小到达海底后散射，被激光

基于Terra Solid的机载激光雷达点云数据处理应用

基于Terra Solid的机载激光雷达点云数据处理应用发表时间：2019-06-20T11:45:12.637Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：姚思贤 [导读] 摘要：机载激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）是于20世纪80年代发展起来的一种集全球定位系统、惯性导航系统与激光测距技术于一体的新型主动式空间信息获取技术。中科遥感科技集团有限公司天津市 300300 摘要：机载激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）是于20世纪80年代发展起来的一种集全球定位系统、惯性导航系统与激光测距技术于一体的新型主动式空间信息获取技术。它可直接获取地面目标的三维坐标，不受阴影和太阳高度角影响，并可与数字航摄仪相结合获取地物光谱、纹理信息，具有控制测量依赖性少、受天气影响小、自动化程度高、成图周期短等特点，基于TerraSolid系列软件构建完整的用于机载激光雷达点云数据处理的详细技术流程，通过优化处理流程提高其数据处理的效率和精度。对4组实验数据的处理结果表明，该技术具有较好的可行性和较高的工作效率。关键词：基于Terra Solid；机载激光雷达；点云数据；处理应用 1、前言近几年，随着机载激光雷达硬件系统的快速发展，其产生的点云数据也变得更加精确，更加海量。在整个激光雷达的数据处理过程中，占60％～80％的点云数据分类工作已经成为制约LiDAR进一步应用发展的瓶颈问题，设计高效、高精度的海量点云数据处理流程意义十分重大。 2、基于Terra Solid的点云数据处理流程目前的LiDAR数据处理技术、流程和方法还很不完善，使用TerraSolid软件实现机载LiDAR点云数据的处理，直至生成DEM产品的过程主要可以归为以下五大步骤。 2．1导入原始数据并建立项目流程导入原始点云数据和建立项目是后面所有操作的阶石，具体操作步骤顺序如下： 1）设置坐标系。 2）导入飞行航线。 3）导入机载LiDAR点云数据，检查覆盖情况，确定点密度及单个作业Block大／]、（2GBRAM：5百万个点，4GBRAM：1．O～1．5千万个点）。 4）定义作业区。 5）裁切飞行航线（值得注意的是，航线不能自相交）。 6）定义项目（新建后要注意保存）。 7）定义作业分区Block（定义后，删除并在指定层重画Block）。 8）导入机载LiDAR点云数据点，生成分区存储的机载LiDAR数据点文件。 9）推测航线号并检查正确性。 2．2数据校正流程原始数据在使用之前需要进行适当的数据校正处理，任何一个技术环节把握不当都将直接导致项目的失败。TerraSolid主要是用宏命令的方式帮助校正、平差、纠正相关数据项。详细流程如下： 1）创建用于数据校正的项目文件（注意只选择几个有不同坡向或多坡的Block区进行测试）。 2）装载TerraMatch模块。 3）运行“Measurematch”命令，量测相邻航线间的匹配差值。 4）运行“Findmatch”命令，计算3个角度偏转误差及镜向比例误差，保存改正数及误差报告。 5）运行“Applycorrection”命令，用上一步保存的改正数纠正整个项目区数据。 6）检查改正效果。 7）运行“Findmatch”计算Z误差（整个测区），保存改正数及误差报告。 8）选择整个项目，Solvefor：individuallines。 9）如果需要，对误差较大的航线调整其质量属性。 10）运行“Applycorrection”命令，用上一步保存的Z改正数纠正整个项目区数据。 11）检查改正效果。 12）运行“Findfluctuation”量测整个测区重叠部分的波动较差，保存改正数及误差报告。 13）对整个测区进行波动较差改正。 14）检查改正效果。 15）检查整体匹配效果。 2．3机载LiDAR点云数据的自动分类流程机载LiDAR的点云数据的分类处理概括地分为自动分类处理和手动分类两部分。这项工作在整个机载LiDAR的数据后处理过程中占六到八成的T作量。下面详细介绍自动分类处理的流程： 1）删除重叠点（有的项目不需要删除）。 2）创建宏命令进行单航线地面点分类，由4个命令组成：①“Lowpointclassification”ingroups，即成组的低点分类。主要指明显低于地面的点，如在开着的检修井里的点、反射错误的点等。②“Lowpointclassification”singlepoints，即单个的低点分类。③“Groundclassification”，即地面点分类。④“Belowsurface”，即低于表面的点分类，在非常粗糙的区域稍低于地面的点。 3）运行于一个区，检查结果。在利用宏进行数据分类时，由于分类宏参数设置的偏差，会导致房屋有些地方分的不到位，有一些不属于房屋的点进入。这样在后期处理时就要多注意一些。所以宏的参数设置很重要，需要多试验几次再确定。