激光雷达遥感 4讲机载激光雷达遥感原理与数据处理——实际操作
激光雷达遥感 4讲 材料之3 IE软件轨迹解算流程
1.数据处理1. POS数据处理本套系统的POS数据直接记录在点云原始数据中，首先需要从点云数据中解算分离出移动站GPS数据、IMU数据，然后用IE对分离出的组合导航数据进行差分、融合、平滑处理，最后输出所需要的POS轨迹数据。
POS轨迹数据加载到UI_vv3.4.6_UP2-AP软件中与激光点云数据进行联合解算，能够输出WGS84坐标系点的激光点云数据。
（1） POS数据分离解算打开解算软件新建一工程，在项目管理面板设置原始数据（imp文件）所在目录输出目录，“IMP读取”选“否”，其它无须设置。
点击“开始解算”，解算开始，解算完成后，软件自动弹出提示。
具体设置见下图。
图表 1 原始POS数据解算界面及设置数据解算完成后，输出数据存放在输出目录下面自动生成的文件夹decDCD 里面，如：F:\042机载\2st\export\decDCD。
每个文件都会输出.dat、.imu_lc100和.cap三种格式数据，如下图所示。
图表 2 IMP文件解算出的POS数据（2） POS数据格式转换在进行组合导航解算之前，需要对GPS数据、IMU数据进行格式转换，然后才可以进行解算。
a)GPS数据转换合成后的.cap文件（移动站gps数据）和基站数据需要经过先经过天宝的Convert To RINEX软件(天宝)转成IE支持的数据格式。
以.cap为例，File→Convert Files，选择cap文件，数据可转成.16g、.16h(两个)、.16O四个文件。
同样也对基站数据进行格式转换。
图表 3 cap格式转换图表 3 cap数据转换结果GPS数据经过第一步转换后，还需要经过IE转换成gpb格式。
打开Inertial Explorer 8.50，选择File→Convert→Raw GNSS to GPB，弹出Convert Raw GNSS to GPB窗口，选择数据所在目录，点击“Add”，把转换后的.16O文件加入要进行数据转换的列表中，并选中文件，选择“Options”，根据GPS数据是移动站还是基站选择是“Kinematic(动态)”或“Static(静态)”。
激光雷达测绘技术的基本原理与操作流程
激光雷达测绘技术的基本原理与操作流程在如今科技飞速发展的时代，激光雷达测绘技术日益成为航空、地理、环境、建筑等领域重要的研究工具之一。
激光雷达测绘技术通过激光发射器发射激光束，利用激光脉冲的反射信号进行探测和测量，以获取地面或物体的三维信息。
本文将简要介绍激光雷达测绘技术的基本原理和操作流程。
一、基本原理激光雷达测绘技术的基本原理是利用激光器产生的激光束以及接收器接收激光束的反射信号来确定目标物体的位置和形状。
1. 发射激光束：激光雷达通过激光发射器产生的激光束进行测绘。
激光束具有高单色性、高方向性和高强度特点，能够较好地穿透大气层，在测绘中起到了关键作用。
2. 接收反射信号：激光束在与地面或物体接触时会产生反射信号。
接收器收集这些反射信号，并通过计算反射信号的强度、时间和方位等参数，进而得到目标物体的三维信息。
3. 数据处理：收集到的反射信号数据需要通过一系列的数据处理步骤进行分析和重构。
常见的处理包括：去除噪音、点云生成、三维坐标计算和数据可视化等。
二、操作流程激光雷达测绘技术的操作流程可以被大致分为以下几个步骤：数据采集准备、测量定位、数据处理和结果输出。
1. 数据采集准备：在进行激光雷达测绘之前，需要进行一系列的准备工作。
首先，需要选择适当的激光雷达设备，根据实际需求选择合适的激光发射器和接收器。
其次，需要确定测绘范围，包括测绘区域的大小和形状。
最后，还需要进行现场勘测，了解环境条件，确定观测点的位置和分布。
2. 测量定位：在数据采集阶段，操作人员需要使用激光雷达设备进行测量和定位。
操作人员将激光雷达设备安装在合适的位置，并根据预先设定的参数进行测量。
设备会通过激光束发送和接收反射信号，以获取目标物体的三维信息。
通过多次测量和定位，可以获得更加准确和丰富的数据。
3. 数据处理：在数据处理阶段，需要对采集到的反射信号数据进行处理和分析。
首先，需要去除噪音，消除不必要的信号干扰。
其次，可以通过计算反射信号的强度和时间，将数据转化为点云形式，获取目标物体的三维坐标。
激光雷达数据处理流程
激光雷达数据处理流程
激光雷达技术已经成为了现今遥感技术中最为有效的一种了。
它可以提供高精度的地形高程、建筑物三维结构和植被覆盖度等信息。
但是，激光雷达数据的处理流程却相对较为复杂。
激光雷达数据的处理流程主要包括以下几个步骤：
1. 数据采集：采用激光雷达设备对目标区域进行扫描，获得包含高度信息的点云数据。
2. 数据预处理：在数据采集过程中，由于各种原因（如仪器误差、地形复杂性等）会导致点云数据存在噪声、缺失等问题。
因此需要对数据进行去噪、配准、过滤等预处理。
3. 数据分割：将点云数据分割为不同的对象，如建筑物、道路、植被等。
4. 物体提取：对每个对象进行特征提取，如高度、面积、形状等，以便进行后续分析。
5. 数据分析：对提取的特征进行分析，如建筑物识别、道路网络分析、植被覆盖度评估等。
6. 结果展示：将分析结果以可视化的形式呈现出来，如二维地图、三维模型等，方便用户进行观察和分析。
以上就是激光雷达数据处理流程的主要步骤。
随着技术的不断发展，激光雷达数据处理的精度和效率也在不断提高，未来有望在更多的应用场景中得到广泛的应用。
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测绘技术激光雷达测绘的工作原理与数据分析方法
测绘技术激光雷达测绘的工作原理与数据分析方法引言：测绘技术在地理信息系统（GIS）和遥感领域扮演着重要的角色，帮助我们获取地球表面的准确信息。
其中，激光雷达测绘技术因其高精度和高分辨率受到广泛关注。
本文将深入探讨激光雷达测绘的工作原理以及数据分析方法，展示其在测绘领域的重要性与应用前景。
一、工作原理：激光雷达是一种通过发射和接收激光脉冲来获取地面及其特征的测绘仪器。
其工作原理基于光学原理、物理原理和信号处理等多个方面。
1. 激光发射：激光雷达器发射短脉冲光束，其脉冲频率可达数百万赫兹。
其中，红外线激光常用于测绘领域，因其在大气中的传播衰减较小。
2. 光束传播：激光光束从雷达器射出后，经过大气中的传播，途中产生散射。
激光雷达接收器通过检测被散射返回的光脉冲，计算飞行时间和距离。
3. 接收返回波：当激光光束与地球表面相交时，一部分能量被反射回激光雷达器。
激光雷达接收器实时接收这些返回波，记录其飞行时间和强度。
4. 数据记录与处理：激光雷达器会记录每个脉冲的时间和强度数据。
通过对多个脉冲的数据进行处理，可以绘制出地表的三维点云模型。
二、数据分析方法：激光雷达测绘数据的处理和分析是确保数据质量和获得有用信息的关键步骤。
以下将介绍几种常用的数据分析方法。
1. 点云过滤：由于各种原因，激光雷达测绘数据中可能包含噪声或无用信息。
点云过滤是提取有效点云数据的重要步骤。
常用的过滤技术包括离群点去除、地面提取等。
2. 物体识别：在激光雷达测绘数据中，我们通常需要识别出不同的地物特征，如建筑物、道路和树木等。
物体识别可以通过多种算法实现，如形态学变换、聚类分析等。
3. 地表模型生成：激光雷达测绘数据可以通过插值和曲面拟合等方法生成地表模型。
这些模型可以帮助我们更直观地理解地球表面的形态和特征。
4. 点云配准：激光雷达测绘常常需要将多个数据集进行配准，以获得更全面的地图信息。
点云配准可以通过特征匹配、ICP（迭代最近点）等算法实现。
激光雷达的工作原理与应用
激光雷达的工作原理与应用激光雷达（Lidar）是一种利用激光发射器和接收器来测量距离、速度和方向等信息的远距离感知技术。
激光雷达在自动驾驶、机器人导航、环境监测和三维建模等领域都有广泛的应用。
本文将介绍激光雷达的工作原理、组成结构和应用。
一、激光雷达的工作原理激光雷达利用激光器发射一束高强度激光束，通过接收反射回来的激光信号来进行测量。
其工作原理可以简单地分为三个步骤：发射、接收和信号处理。
1. 发射：激光雷达通过激光器发射一束脉冲激光光束。
这个激光光束通常是红外线激光，因为红外线光在大气中传播损耗小。
2. 接收：激光光束照射到目标物体上，并被目标物体表面反射。
激光雷达的接收器接收反射回来的激光信号。
3. 信号处理：接收到的激光信号通过光电二极管（Photodiode）或光纤传感器转换成电信号。
然后，这些电信号经过放大、滤波和数字化等处理，得到目标物体的距离、速度和方向等信息。
二、激光雷达的组成结构激光雷达通常由发射器、接收器和信号处理器等组成。
1. 发射器：激光雷达的发射器是用来发射激光脉冲的关键部件。
发射器通常由激光二极管或固体激光器等构成。
激光发射的功率和频率会影响到测量距离和精度。
2. 接收器：激光雷达的接收器是用来接收反射回来的激光信号的部件。
接收器通常包括光电二极管或光纤传感器等。
接收器的灵敏度和抗干扰性会影响到激光雷达的性能。
3. 信号处理器：激光雷达的信号处理器负责接收、放大和数字化等处理激光信号。
信号处理器通常包括模拟信号处理电路和数字信号处理电路。
通过信号处理，可以提取目标物体的距离、速度和方向等信息。
三、激光雷达的应用激光雷达具有高精度、远距离、快速测量和全天候工作等特点，因此在各个领域都有广泛的应用。
1. 自动驾驶：激光雷达是自动驾驶系统中的重要传感器之一。
它可以实时获取道路和障碍物的信息，帮助车辆进行精确的定位和避障。
2. 机器人导航：激光雷达在机器人导航中扮演着关键的角色。
测绘技术中的激光雷达数据处理与分析方法
测绘技术中的激光雷达数据处理与分析方法测绘技术是现代社会中不可或缺的一项技术，它能够帮助我们快速而准确地获取地理信息，为城市规划、灾害防护等方面提供有力支持。
而激光雷达作为一种高精度、高效率的测绘设备，被广泛应用于地形测绘、三维模型重建等领域。
本文将重点介绍激光雷达数据处理与分析方法。
激光雷达是一种利用雷射传输脉冲激光束并接收反射信号的设备。
其工作原理基于光电子技术和遥感技术，可以快速、准确地获取地面点云数据。
激光雷达利用脉冲激光束照射地面，通过测量激光束从发射到反射返回的时间，再结合设备接收到反射信号的强度，可以计算出地面点到激光雷达的距离。
通过激光雷达不断扫描并记录这些距离信息，就可以构建出地面的三维点云模型。
激光雷达数据处理与分析方法主要包括数据预处理、特征提取、分类和分割等步骤。
首先，数据预处理是指对原始激光雷达数据进行滤波、去噪和配准等操作，以提高数据的质量和准确性。
滤波主要是通过滤波算法对数据进行平滑处理，去除异常点和错误点，使数据更为可靠。
去噪则是对数据中的噪声进行消除，以减少对后续分析的干扰。
配准是指将多次扫描获得的数据点云进行配准，消除不同扫描之间的误差，从而得到整体一致的点云模型。
特征提取是激光雷达数据处理的关键步骤之一，它是根据点云数据的特点提取出其中的几何和拓扑信息。
常见的特征包括地面和非地面点的提取、建筑物轮廓提取等。
其中，地面点提取是指根据地面点的特征（如高度、密度等）将其从点云数据中分离出来。
非地面点则是指与地面不相关的点云，通常代表建筑物、树木等物体。
建筑物轮廓提取是指通过分析建筑物附近的点云特征，将建筑物的轮廓进行提取，以实现建筑物的三维模型重建。
分类是激光雷达数据处理的另一个重要步骤，它是根据点云数据的属性信息对不同类型的物体进行分类和识别。
常见的分类任务包括道路识别、建筑物分类和植被分类等。
道路识别是指识别出点云数据中的道路地面，为交通规划和路径规划等提供参考。
激光雷达的数据处理与应用
激光雷达的数据处理与应用一、激光雷达概述激光雷达（LIDAR）是一种利用激光束扫描物体并测量距离、速度和方向的遥感技术。
它有着高精度、高分辨率、远距离、全天候、三维数据等优点，广泛应用于机器人、自动驾驶、测绘、地质勘探、城市规划等领域。
二、激光雷达数据处理激光雷达所采集的数据一般为三维点云数据，是由一个光束扫描得到的数据集合。
点云数据的处理主要包括数据去噪、地面提取、特征提取、点云配准等步骤。
1. 数据去噪数据去噪是点云处理过程中的重要一步，可以提高后续处理的效率和数据的准确性。
常见的数据去噪方法有Hampel滤波、高斯滤波、形态学滤波等。
2. 地面提取激光雷达所采集的点云数据中包含了地面、建筑物、植被等信息。
在机器人、自动驾驶等应用场景中，地面信息是非常重要的。
地面提取可以采用基于聚类、分割、曲面拟合等方法，例如RANSAC算法、最小二乘法等。
3. 特征提取在机器人、自动驾驶等场景中，需要从点云数据中提取出一些特征信息，例如建筑物的角点、墙面等信息。
特征提取可以采用Harris角点检测、SIFT、SURF等方法。
4. 点云配准激光雷达常常需要在不同的时间、位置、角度下采集数据，不同数据之间需要进行配准。
点云配准可以采用基于特征的配准、基于ICP（Iterative Closest Point）的配准等方法。
三、激光雷达应用激光雷达的广泛应用使其逐渐成为人工智能、机器人、自动驾驶等领域的重要技术之一。
下面列举几个典型的应用案例。
1. 机器人导航激光雷达可以用于机器人的导航和避障。
机器人通过激光雷达获取周围环境信息，结合自身运动状态，利用SLAM （Simultaneous Localization And Mapping）算法构建环境地图，实现自主导航。
2. 自动驾驶激光雷达是自动驾驶系统中不可或缺的部分。
它可以获取周围环境信息，包括道路、车辆、行人等，实现自动驾驶车辆的感知与决策。
3. 测绘激光雷达可以用于地形测量、海洋勘探、空中摄影等测绘领域。
激光雷达数据处理方法及应用案例
激光雷达数据处理方法及应用案例激光雷达（LIDAR）是一种通过激光束扫描目标物体并测量反射返回的光信号来获取地表特征的主要工具。
它能够提供高精度、高分辨率的三维点云数据，因此在许多领域有着广泛的应用。
本文将介绍激光雷达数据的处理方法及应用案例。
一、激光雷达数据处理方法激光雷达数据处理主要分为三个步骤：数据获取、数据处理和数据应用。
1. 数据获取激光雷达通过发射脉冲激光束并测量其返回时间来获取目标物体的距离信息。
同时，激光雷达还可以测量激光束的旋转角度和俯仰角度，从而确定目标物体的位置和方向。
激光雷达通常安装在载体上，如飞机、汽车或机器人，通过扫描来获取目标物体的点云数据。
2. 数据处理激光雷达返回的原始数据通常以点云的形式存在，每个点表示一个目标物体的位置和特征。
在对这些点云数据进行处理前，需要进行数据预处理，包括去除噪声、点云配准和点云分割等步骤。
其中，去除噪声可以通过滤波算法来实现，如高斯滤波和中值滤波等；点云配准可以将多个扫描数据对齐，以获得全局一致的点云模型；点云分割则可以将点云分为不同的物体或地面。
在数据处理的过程中，还可以运用机器学习和深度学习的方法来提取更多的信息。
例如，可以使用聚类算法将点云中的点进行分类，以便进行目标检测和识别；还可以使用卷积神经网络对点云进行特征提取，以实现更高级的任务，如语义分割和目标跟踪等。
3. 数据应用激光雷达数据在地图制作、机器人导航、城市规划、环境监测等领域有着广泛的应用。
其中，最常见的应用是地图制作和三维建模。
激光雷达可以快速获取高精度的地表特征，例如建筑物、道路、树木等，这些信息可以用于制作数字地图和建模城市环境。
此外，激光雷达还可以用于机器人导航，通过实时获取周围环境的三维点云数据，机器人可以更准确地感知和定位自身的位置，从而实现自主导航和避障。
二、应用案例1. 地图制作激光雷达在地图制作方面的应用非常广泛。
例如，Google地图利用激光雷达数据获取城市的三维地形和建筑物信息，以提供更准确的导航服务。
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Pitch
Ze
ZI
YI
κ
Ye φ
Heading
IMU
XI
Roll
Laser
Xe ω
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场布设方案
▪ 校准控制场 ——校准LIDAR的相对和绝对 高程
1500-12000米
安30 7000 540 430 2630
6 7.7
15006000
常用航摄飞机
计划准备阶段——飞行准备
申请航飞权、协调航空飞行
管辖军区司令部
军区空军司令部 航空管制处
省政府测绘局
项目承接单位 提供航摄申请
计划材料
▪ 飞行任务 ▪ 机场协调 ▪ 飞行协调
民航管理局、 空管局
计划准备阶段——飞行准备
选择LiDAR型号
国内主要有AP3500、ALS、ALTM、 LiteMapper、TOPOSYS等产品，每个产品由 于性能和参数不同，因此选择不同的设备对于 航摄设计来说也是不同的。
计划准备阶段——飞行准备
选择飞行平台
不同的飞机性能会对雷达系统的参数设置有 不同程度的影响。主要有两个方面，一是飞行 速度，二是飞行高度。飞行速度主要影响雷达 的扫描频率的设置，飞行高度主要影响脉冲频 率的设置，进而影响点密度和精度。
计划准备阶段——航线设计
机载激光雷达与传统航摄航飞设计主要区别
传统摄影测量
机载激光雷达测量
飞行计划相对简单，需考 飞行计划相对复杂，要求较为苛刻，需考
虑高差影响
虑高差、脉冲方式、扫描角、点密度等
需考虑天气因素
需考虑天气影响，同时也需考虑背景反射 率；背景反射越弱，测距效果越好
相同飞行高度下，飞行带 飞行带宽较窄，带宽受飞行高度和扫描角
LiDAR工程的步骤
项目启动 数据获取 数据处理 精度评定 项目验收
LiDAR数据获取综述
既繁琐又细致的工作，牵扯到许许多多的因 素，需要很多单位和人员的支持和配合
包含了从飞行准备到航线设计，从飞行操作 到数据整理，从设备运输到存储维护等方方面 面与航测外业相关的作业环节
LiDAR数据获取综述
步骤
▪ 建立航带设计工程 ▪ 设置平面坐标系和高程坐标系 ▪ 加载DEM数据 ▪ 导入设计线位 ▪ 航带设计 ▪ 重复以上步骤，完成所有航段的航线设计
计划准备阶段——航线设计
单脉冲和多脉冲
同等点间距的设计要求下，多脉冲的航 飞效率大约为单脉冲的3倍。
多脉冲的优势随着地形起伏变化的上升而 越加明显
机载激光雷达数据处理
▪机载激光雷达作业全过程介绍 ▪一个实际使用的航向规划软件操作过程 ▪GNSS差分解算 ▪GNSS+IMU组合生成状态文件程序操作演示 ▪激光点云解算操作演示 ▪三种激光点云可视化软件演示
LiDAR数据获取
▪ 综述 ▪ 飞行准备与航线设计 ▪ 检校场设计、布标、测量 ▪ 储存、运输与维护 ▪ 设备机上安装、调试与检查 ▪ 基站架设和地面配合 ▪ 飞行操作与数据采集 ▪ 数据检查、整理及质量控制
省级军区、空军
民航管理局 运管中心
航飞单位或公司， 获准航飞
计划准备阶段——飞行准备
制定项目任务书
在承接航飞任务时，用户单位一般会提交 “项目任务书” ，一般由甲方提出要求，双方 技术人员共同拟定
▪ 飞行高度 ▪ 飞机型号 ▪ 航摄分区 ▪ 成果坐标系 ▪ 野外控制点量测
计划准备阶段——飞行准备
航线设计软件NavGT操作， 附操作手册
计划准备阶段——检校场布设、测量
激光检校场选择及航线设计
IMU和激光扫描仪的相对位置偏移，会导致IMU 记录的角度值和激光点的角度值有一定的系统误差 。
主要包括roll、pitch、heading，pitch slope， range correction等方面的内容 。
三个阶段八个方面 ：
计划准备阶段
航飞实施阶段
数据整理阶段
飞行准备
设备运输存储和 维护
航线设计
设备安装、测试
飞行操 作与数 据采集
数据检查与 质量控制
检校场布设 测量
GPS基站与地面 配合
计划准备阶段——飞行准备
掌握测区概况
首先应该熟悉实地测区的地形特点和地貌特 征。根据不同的地形条件选择和设计不同的飞 行航线。
计划准备阶段——航线设计
双传感器航线设计
机载激光雷达扫描系统不单单配备一个激光 扫描仪，而且还配备一架中幅面的数码照相机
▪ 重叠度匹配 ▪ 数码相机航向重叠度设置和摄影基线检查
计划准备阶段——航线设计
最终航线检查与地面模拟飞行
为了确保飞行计划的正确性。检查方法主 要有三种：
▪ 将飞行计划导出为kml格式，加载到google earth当中进行浏览
▪ 将飞行计划导出到FCMS飞行管理控制软 件中进行检查
▪ 地面模拟飞行
计划准备阶段——航线设计
提交航飞设计数据
完成航线设计之后，需要提交以下材料：
▪ 飞行记录表 ▪ 领航数据表 ▪ 飞行文件 ▪ 飞行示意图文件 ▪ kml文件
计划准备阶段——航线设计
航线设计小结
航线设计是一项细致而重要的任务，是 决定航飞任务成功与否的关键，好的航线 设计计划可以起到事半功倍的效果
评估飞行效率
根据测区远近、飞行高度、空域申请情况来 编排航飞航线顺序
计划准备阶段——飞行准备
其它准备工作
▪ 地面基站布设 ▪ 人员配备 ▪ 天气预报查询 ▪ 配备维护工具
计划准备阶段——航线设计
原则和方法
本着安全、经济、周密、高效的原则，以项 目成果数据精度要求为目标，充分地分析测区 的实际情况，结合激光雷达测量设备自身特点， 选择最为合适的航摄参数，为获取高质量的数 据提供基础技术保障。
计划准备阶段——飞行准备
常用飞机型号和基本性能
飞机类型 最高升限 最大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ航速度 正常巡航速度 最大航程 续航时间 最大爬升率
作业高度区间
运5 4000 250 180 1376
6 3
5004000
运12 8000 320 250 1440
6 12
10006000
奖状 13000米 746公里/小时 713公里/小时 3167公里 4小时 15.1米/秒
宽更宽，覆盖面积更大
影响，容易形成漏飞区域
计划准备阶段——航线设计
工程创建
外部参考 资料
传感器选择
坐标系定义
飞行速度 扫描角度 脉冲模式 点云密度
工程建立 完成
决策选择 否
描绘初始航飞 范围
依据系统参数计算航飞 范围
重新调整计算
是否覆盖有效线位区域
流 程
是 否
参数设置是否超限差
是 成果输出
计划准备阶段——航线设计