机载激光雷达数据获取规范讲义
激光雷达 数据采集原理
激光雷达的数据采集原理主要基于激光测距技术。
激光雷达是一种利用激光进行测距的设备，通过发射激光束，并接收由目标物体反射回来的激光信号，可以计算出激光信号从发射到接收的时间，从而推算出目标的距离。
激光雷达通常被用于感知周围环境中的物体，包括但不限于车辆、行人和其他障碍物。
数据采集的过程主要涉及以下几个步骤：1. 硬件准备：激光雷达设备通常包括一个或多个激光发射器和一个接收器阵列。
这些设备被安装在车辆或其他移动设备上，以便能够覆盖周围环境。
2. 发射激光：激光雷达设备发射激光脉冲，这些脉冲被发送到周围环境中的物体上。
3. 反射回的信号接收：当激光脉冲遇到目标物体时，它会反弹回来，被激光雷达设备的接收器接收。
4. 数据处理：接收器将接收到的信号发送到数据处理系统，该系统会测量激光脉冲从发射到接收的时间，并据此计算出目标的距离。
此外，激光雷达通常还提供其他信息，如目标的方位角、俯仰角和速度等。
5. 传输和存储：数据处理系统将收集到的数据传输到存储设备中，以便后续分析和使用。
激光雷达的数据采集原理具有一些关键优势。
首先，激光雷达的精度非常高，能够提供厘米级的距离测量结果。
其次，由于其工作原理是基于激光脉冲的反射，因此对环境的适应性较强，可以在各种天气和光照条件下工作。
此外，激光雷达还可以同时检测多个目标，并区分不同的物体，这对于自动驾驶等应用非常重要。
然而，激光雷达也存在一些限制。
例如，由于其工作原理是基于激光，因此可能会对人的眼睛造成伤害，需要在安全的环境下使用。
此外，激光雷达的成本相对较高，且在某些应用场景下（如低空飞行器）可能受到激光束发散的限制。
因此，在选择使用激光雷达时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。
激光雷达遥感 2讲 机载激光雷达数据处理方法
h h估 h测 0.19米
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
建筑物模型生成（建模）
建筑物模型生成的任务是提取矢量化的建筑物 模型。
建筑物模型生成的主要任务
屋顶面的提取： 屋顶面是建筑物模型提取的一个重要部分，几
乎所有的建筑物模型生成的研究都集中于屋顶模型 的生成。
基于LiDAR数据的建筑物提取方法：
基于点云不变矩的方法
基于三角网的方法
自适应迭代的DSM影像分割方法
有以下几种分割方法：
利用二维GIS信息，即利用已有的图形数据， 辅助建筑物的提取；但需要注意实际的屋顶面常 常比图形数据所显示的面积要大。
在数据密度足够大，地面起伏不大的情况下， 可采取局部极值检测方法，并以极值点为中心进 行局部直方图分析，得到合理的阈值，实现房屋 点的提取和房屋边界的检测。
从影像中识别和提取建筑物大致包括以下五个方 面的内容：
（1）建筑物的定位和检测（Building Detection）
从图像中将建筑物与其它地物类别分离，并确定其位置
（2）建筑物的表征和描述（Building Representation and Description）
采用某种表示方法表述检测出的建筑物，常用的方法包括 几何形状模型、高程模型等。
依据实际地形可以判断回波波形数据的低谷 为池塘反射的波形数据，而反射强度较高的 地方为屋顶水泥面。从波形图可以看出低谷 位于60ns处，高峰位于190ns
激光雷达数据采集与处理流程
激光雷达数据采集与处理流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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激光雷达遥感课件4PDF版
8 bytes * 8 bytes * 8 bytes * 8 bytes * 8 bytes * 8 bytes *
可变数据区(Variable length records)
记录了数据描述以及所用坐标投影的一些信息
Item
Format
Record
Unsigned
Signature(0xAABB) short
GUID data 1 Unsigned long
GUID data 2 Unsigned short
GUID data 3 Unsigned short
GUID data 4 Unsigned char[8]
Size 4 bytes 4 bytes 4 bytes 2 bytes 2 bytes 8 bytes
Required *
公共数据块(Public Header Block)
Version Major
Unsigned char 1 bytes *
Version Minor
Unsigned char 1 bytes *
System Identifier Char[32]
32 bytes *
Generating Software
Unsigned short 2 bytes *
Number of point records Unsigned long 4 bytes *
Number of points by return
Unsigned long[5] 20 bytes *
X scale factor
double
8 bytes *
主要内容：
机载激光雷达数据组成 LiDAR数据格式 点云数据及特点 数码影像数据及其处理 LiDAR技术发展趋势 LiDAR技术与同类技术比较
激光雷达技术专题讲座(1)
目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能
在实战中选择最佳的角度接近目标。
2. 激光成像雷达的应用: 巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等精确制导。
隐蔽物侦察
移动机器人等三维视觉系统 航路导引，
精确末制导
地形跟随和障碍物回避 目标自动识别和敌我识别
目标上瞄准点的选择
① CMAG研究计划
转动来扫描，优点是扫描线性好、精度高， 缺点是体积大、价格高；
一 基 本 知 识
检流计式振镜扫描器，扫描角15；
声子偏转器，利用声光效应使入射光线产 生偏转而实现光扫描，声光偏转器的扫描
角不大，一般在3左右
压电扫描器，利用逆压电效应产生摆动的 新型扫描器； 全息光栅扫描器。 光学相位扫描 MEMS扫描器
激 光 成 像 雷 达
彩色编码三维距离图像，很好地满足了航路导 引和末段制导的要求。
激 光 成 像 雷 达
F15E挂飞实验照片
③
美国海军“辐射亡命徒”先期技术演示计划
1992年,用激光雷达远距离非合作识别空中
和地面目标。 采用CO2激光成像雷达，由海军空战中心设 计，组装在Pack Tack吊舱中。
5.
激光雷达的基本体制
同微波雷达一样，可以依据信号形式、 探测方式和测量原理等对激光雷达体制
一 基 本 知 识
进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲 ②连续波 ③每一类中又有不同的信号波形。
按不同探测方式: ①直接探测（能量探测）; ②相干探测（外差探测）
按不同功能:
①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）;
读取三维激光雷达数据的方法
读取三维激光雷达数据的方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：三维激光雷达是一种利用激光束扫描周围环境并测定距离的传感器，常用于无人车、机器人和其他自动化设备中。
读取三维激光雷达数据是很重要的一步，因为这些数据可以用来构建地图、定位车辆或物体以及进行障碍物检测等功能。
本文将介绍一些常见的方法来读取三维激光雷达数据。
一、使用ROS系统读取激光雷达数据ROS（机器人操作系统）是一个用于机器人开发的开源软件框架，提供了各种功能包来简化机器人开发过程。
在ROS中，可以使用激光雷达传感器插件来读取激光雷达数据。
首先需要安装激光雷达驱动程序，然后在ROS中启动对应的节点来获取激光雷达数据。
通过ROS系统，可以实时获取激光雷达的测量数据，并进行后续的数据处理。
在Python中，可以使用各种库来读取激光雷达数据，如pyserial、numpy和matplotlib等。
首先需要通过串口连接激光雷达传感器，并设置好串口通信参数。
然后通过Python代码来读取激光雷达发送的数据，并进行解析和处理。
最后可以使用matplotlib库来可视化激光雷达数据，方便用户进行数据分析和调试。
C++是一种高效的编程语言，常用于机器人和嵌入式系统开发。
在C++中，可以使用ROS或者自定义的串口通信库来读取激光雷达数据。
通过C++代码，可以实现高速的数据读取和处理，适用于对性能要求较高的场景。
C++也可以方便地集成到其他系统中，实现更复杂的功能。
四、数据处理和应用读取激光雷达数据后，通常需要进行数据处理和应用。
常见的数据处理包括滤波、配准、拼接等操作，用于提高数据质量和建立精确的环境地图。
还可以基于激光雷达数据进行SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）定位和建图，实现机器人自主导航和定位功能。
还可以应用深度学习技术对激光雷达数据进行物体识别和场景分析，为机器人智能决策提供支持。
总结读取三维激光雷达数据是实现各种机器人应用的基础，通过合适的方法和工具，可以高效地获取和处理激光雷达数据，为后续的应用提供支持。
机载激光雷达的知识
机载激光雷达的知识发布日期:2009-09-04 我也要投稿!作者:网络阅读:309[ 字体选择：大中小 ]机载激光雷达特点、分类及其发展激光雷达可以按照所用激光器、探测技术及雷达功能等来分类。
目前激光雷达中使用的激光器有二氧化碳激光器，Er:YAG激光器，Nd：YAG激光器，喇曼频移Nd：YAG激光器、GaAiAs 半导体激光器、氦-氖激光器和倍频Nd：YAG激光器等。
其中掺铒YAG激光波长为2微米左右，而GaAiAs激光波长则在0.8-0.904微米之间。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。
其中直接探测型激光雷达采用脉冲振幅调制技术（AM），且不需要干涉仪。
相干探测型激光雷达可用外差干涉，零拍干涉或失调零拍干涉，相应的调谐技术分别为脉冲振幅调制，脉冲频率调制（FM）或混合调制。
按照不同功能，激光雷达可分为跟踪雷达，运动目标指示雷达，流速测量雷达，风剪切探测雷达，目标识别雷达，成像雷达及振动传感雷达。
激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。
至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这是、也是直接探测型雷达的基本工作原理。
由此可以看出，直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近，相干探测型激光雷达又有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共同在所谓单稳态系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径。
并由发射/接收（T/R）开头隔离。
T/R开关将发射信号送往输出望远镜和发射扫描系统进行发射，信号经目标反射后进入光学扫描系统和望远镜，这时，它们起光学接收的作用。
T/R 开关将接收到的辐射送入光学混频器，所得拍频信号由成像系统聚焦到光敏探测器，后者将光信号变成电信号，并由高通滤波器将来自背景源的低频成分及本机振荡器所诱导的直流信号统统滤除。
机载激光雷达数据处理方法综述
机载激光雷达数据处理方法综述摘要：机载激光雷达（Airborne LiDAR）技术在遥感领域起到了至关重要的作用，可以获取高精度的地理空间数据。
然而，机载激光雷达数据的处理是一个复杂且关键的任务，直接影响到数据的准确性和可靠性。
本文综述了当前机载激光雷达数据处理的常用方法，包括预处理、数据配准、分类和特征提取等方面，旨在为相关研究者提供参考。
1. 引言机载激光雷达是一种通过发射激光束并测量其返回信号的遥感技术。
它可以实时获取地物的高分辨率、三维几何信息，成为地理空间数据获取的重要手段。
机载激光雷达数据的处理涉及到预处理、数据配准、分类和特征提取等步骤，需要考虑大量的技术和算法。
2. 机载激光雷达数据处理方法2.1 预处理预处理是机载激光雷达数据处理的第一步，旨在去除噪声和杂散信息，提高数据质量。
常用的预处理方法包括：（1）去除离群点：通过设定阈值，排除距离激光波束过远或过近的数据点。
（2）去除地面点：利用地面模型，将地面上的点云数据挑选出来，去除非地面点。
（3）去除植被覆盖：通过对植被的检测和分析，去除植被对地面点云的遮挡。
2.2 数据配准数据配准是将不同位置、不同扫描线的激光雷达数据进行对齐，从而达到全区域的无缝拼接。
常用的数据配准方法包括：（1）球面配准：将球面上不同点云数据投影到一个球面上，通过优化球面上的变换参数实现数据的配准。
（2）特征匹配：通过提取数据点云的特征，如表面几何特征和颜色特征，利用特征匹配算法估计不同点云之间的变换关系。
2.3 分类分类是机载激光雷达数据处理中的重要步骤，旨在将点云数据分为不同的地物类别。
常用的分类方法包括：（1）基于形状特征的分类：通过分析点云数据的形状特征，如表面曲率和点云密度，将其分为建筑物、树木、道路等类别。
（2）基于反射率的分类：通过分析点云数据的反射率，将其分为不同的地物类别。
不同地物对激光束的反射率有所不同，可以通过反射率的阈值进行分类。
2.4 特征提取特征提取是机载激光雷达数据处理中的关键步骤，旨在提取有效的地物信息。
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三、重点说明
机载激光雷达检校场及检校飞行方案 检校场，是对机载激光雷达设备的整体进行检校，其中包
括激光扫描仪、POS系统、数码相机及其附属装备。 因为不同的机载激光雷达设备内部结构差异较大，各厂家
所设计或推荐的检校飞行方案、地面控制点布设方案也 会有所不同，本规范给出原则性意见即可，不必提出太 详细的具体要求，故检校飞行方案为推荐方案，可根据 实际情况和不同的机载激光雷达设备在设计书中具体明 确。
数字高程模型数据的生产作业。由于机载激光雷达 测量技术应用在各类工程测量中的精度要求较为多 样化、专业化、差异性大，且多数高于基础测绘生 产的精度要求，故本规范以基础测绘为标准适用对 象，其他性质的测绘工程可以参照本规范，根据工 程项目的具体情况，取更高的精度要求。
三、重点说明
规范性引用文件 本规范所引用的文件，相关部分构成了本规范的一
三、重点说明
POS系统 规定IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角一般不
大于0.007°；航偏角不大于0.02°。在征求 意见稿中规定，侧滚角和俯仰角一般不大于 0.005°，根据生产单位反馈的意见，当侧滚 角和俯仰角不大于0.008°时，就能得到比较 理想的结果，综合考虑后，改为现在的指标。
三、重点说明 系统综合检 系统综合检校主要是确定POS系统与激光 扫描仪、数码相机之间的位置和角度 关系。
2
三、重点说明
对机载数字影像的要求 机载激光雷达系统可以通过数字航摄仪或非量测型数码
相机获取数字影像。GB/T XXXX《数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影》规定了数字航摄仪 数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。CH/Z 3005《低空数字航空摄影规范》规定了非量测型数码 相机数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。本 规范不再重复规定，直接引用这两个标准。
4. 总则
点云密度 以1米格网间距为基准：点云密度为4，表示每半米1个点。 假设平均穿透率为50%，则一个格网内有一个点。依次类 推，0.5米格网DEM则应在1米格网DEM对点云密度的基础上 乘4，点云密度为16；2米格网DEM，则应除以4，点云密度 为1；5米格网DEM，4除以16，为0.25。。。
机载激光雷达、机载LiDAR、机载激光扫描
4. 总则
总则内容和范围的选择
• 通用的原则性的内容没有列于，例如坐标基准。
4. 总则
点云密度
点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理论依shannon 采样定理，即当采样间隔能使在函数g（x）中存在的最高频率中每周期 取有两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内 插数字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。为使用方便， 表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计算，2.5m的数字高程模型格 网间距按2m计算。Fra bibliotek四、内容
1、范围 2、规范性引用文件 3、术语和定义 4、总则 5、技术准备 6、飞行计划 7、飞行实施 8、数据预处理 9、数据质量检查 10、成果整理与上交
1、范围 2、规范性引用文件
3. 术语
术语的数量和选择
• 一些通用的术语，例如POS、GPS、IMU等没有列于 • 具体定义有可能与其他地方有差异
中 华 人 民 共 和 国 行业 标 准
CH/T XXXXX—XXXX
机载激光雷达数据获取技术规范 培训会
标准编写组
2012.06.29
目录
一、一般说明 二、编制原则 三、重点说明 四、内容
一、编制过程一般说明
2009年3月提出标准制定计划、批准立项； 2009年5月成立标准编制课题组； 2010年3月完成讨论稿； 2010年7月完成征求意见稿，发函征求意见； 2010年9月汇总返回意见，修改征求意见稿； 2010年11月完成送审稿
2011年2月25日完成审查
一、编制过程一般说明
本标准起草单位：陕西测绘地理信息局、长安大学、武汉 大学、北京东方道迩信息技术有限责任公司、南京市测绘 勘察研究院有限公司、中国公路工程咨询集团有限公司。
征求意见的单位很多，包括部分省测绘地理信息局、省国 土厅、中交/中铁/中咨测绘部门、海军测绘研究所、以及 多个装备机载LiDAR设备并具有大量实际使用经验的公司。
三、重点说明
点云精度要求
表1中数字高程模型成果高程中误差取自CH/T 9008.2-2010《基础地理信
息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字高程模型》和CH/T 9009.2-
2010《基础地理信息数字成果1:5000 1:10000 1:25000 1:50000
1:100000数字高程模型》规定的一级精度。点云数据高程中误差按数
收到《征求意见稿》后，回函的单位数：11个 收到《征求意见稿》后，回函并有建议或意见的单位数：10个 共74条意见，未采纳16条，采纳43条，部分采纳15条。
二、编制原则
科学性与系统性 先进性与继承性 通用性与基础性 实用性与灵活性
三、重点说明
范围 本规范适用于基础测绘生产作业或基础地理信息成果
字高程模型成果高程中误差的0.7倍计算后近似取为0.5的整倍数。0.7
倍的依据按以下推得：设数字高程模型成果高程中误差为M，其误差源
自点云数据高程中误差M1和内插中误差M2，由误差传播公式得
M=
M
2 1
M
2 2
，考虑到M2一般较小，最大也不会超过M1，则取M2=M1，
得到M= 2 M1，则M1= 2 M≈0.7M。
部分。GB/T XXXX《数字航空摄影规范 第1部 分：框幅式数字航空摄影》和GB/T XXXX《惯 导与全球定位系统（IMU/GPS）辅助航空摄影技 术规范》已形成送审稿，GB/T XXXX 《惯性测 量单元（IMU）检定规程》已完成征求意见稿。
三、重点说明
点云密度要求
点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理 论依据是shannon采样定理，即当采样间隔能使在函数 g（x）中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，则 根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内插数 字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。 为使用方便，表1中5m的数字高程模型格网间距按4m 计算，2.5m的数字高程模型格网间距按2m计算。