Topographic Laser Ranging and Scanning Principles and Processing翻译

地理激光扫描制图系统在近几年出现以来,毫无疑问的成为了地理信息获取的一种重要技术手段,其中挂载于飞行平台使用的lidar和地基lidar是两种最主要的使用方式。此类系统能够大规模地采集高精度的三维数据(unprecedented accuracy空前的精度),此外,该技术的发展直接带动了相关领域的进步,激光技术诞生于1960年代,但是由于其他相关领域技术的限制,导致激光技术在测距制图领域没能同时发展起来,而是在之后的几十年中,随着各领域相关技术的进步,直到1990年代,激光扫描在地理测绘制图领域才发展到商业化发展的阶段。在这个发展的过程中,应该着重改写NASA在该领域的先锋作用以及为该技术发展做出的贡献。随着1960年固态激光的发现,于1961年紧接着出现了气态激光技术,并于1962年出现了半导体激光技术,这些技术很快被扩散应用到了一些民用领域,其中就包括有测绘工程当中。

地面应用

激光应用于测距出现于1960年代的中后期。出现的测距设备主要基于两种测距模式,一种是相位式一种是脉冲式,军方使用强大的固态激光测量设备进行弹道的测量以及跟踪等领域。在测量领域,从1970年代开始,激光替代了钨或者是水银蒸汽灯泡,成为了电子测距设备的核心组件。在此阶段的应用中,激光测距设备主要以测距功能为主配合经纬仪和传统三角测量技术应用于控制测量和大地测量当中。角度的获取还是使用经纬仪(Odolites),后来经纬仪和激光测距仪这两种设备融合在一起就成为了现在普遍使用的全站仪(Total Station),通过配合使用精确电子角度编码器(OPTO-electronic encoder)实现精确的角度测量。

当前的地面激光雷达的使用方式有两种形式,其中一种是使用三脚架单站架站扫描形式,另一种是配合地面移动平台,如车载或移动机器人等设备形成地面移动扫描工作形式。

天基及空基激光雷达应用

1965年,就已经出现了基于机载平台的激光雷达在地形测量方面的应用,使用相位式和脉冲式的都有,在最初的阶段,机载激光雷达只能沿着飞行方向获取单一的一条高程测量线,若想获得一个大片区域的完整覆盖,需要设定很多的航线,这就大大限制其该技术的应用,当时与机载激光雷达测距技术配合使用的有重力计和磁力计等设备。在1990年代,机载激光雷达设备得到了进一步的发展,其应用领域也迅速扩大起来。最初的机载激光雷达设备并不能精准的获取其测量轨迹信息,并且获取的地面点也不能确定其地理坐标。随着1990年代早中期GPS技术的发展,以及在1990年代中期商用IMU达到了较为精准的使用精度,GPSIMU集成的POS系统能够使得机载激光雷达获得高精度的地理坐标,其中平台位置精度可达到4-7cm,高程测量数据可达到20-60 arc-second是量度角度的单位,即角分的六十分之一,符号为")。

天基平台激光雷达

基于卫星等设备的天基激光雷达,其测量距离达到数百公里,测量距离是空基平台的一百倍以上,由于测量距离非常远,所以激光的发射频率会降低,除非使用了多回波技术才能避免这个问题(RieglMTA技术就是这个意思),同时天基平台的运行速度也是非常快的,达到了29000公里每小时,其运行速度又是飞机的100倍,因此当前天基平台的运行特点是限制激光测距系统在天基平台应用的最大瓶颈。

激光测距、激光轮廓测量以及激光扫描的原理

激光测距

脉冲式、相位式两种方式。

激光轮廓测量

简而言之就是将测距和测角结合以实现空间点在确定的坐标系定位的技术。

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