LiDAR的基本原理及应用

ＬＩＤＡＲ是一种集激光，全球定位系统（ＧＰＳ）和惯性导航系统（ＩＮＳ）三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的ＤＥＭ。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型（ＤＥＭ）的地形ＬＩＤＡＲ系统和已经成熟应用的用于获得水下ＤＥＭ的水文ＬＩＤＡＲ系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是ＬＩＤＡＲ一词的英文原译，即：ＬＩｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ－ＬＩＤＡＲ。

激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而ＬＩＤＡＲ系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、ＧＰＳ及惯性测量单元（ＩＭＵ）三者同步等内在因素。随着商用ＧＰＳ及ＩＭＵ的发展，通过ＬＩＤＡＲ从移动平台上（如在飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。

ＬＩＤＡＲ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，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从ＧＰＳ得到的激光器的位置和从ＩＮＳ得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标Ｘ，Ｙ，Ｚ。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，ＬＩＤＡＲ系统的地面光斑间距在２－４ｍ不等。

军事用途

激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显着的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载ＬＩＤＡＲ地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载ＬＩＤＡＲ技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。

快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载ＬＩＤＡＲ技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载ＬＩＤＡＲ数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载ＬＩＤＡＲ数据精度做了大量研究。

由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定“规范”的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。