trimble 机载lidar系统—harrier技术原理及其应用 操作

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1、Trimble机载LiDAR系统—Harrier技术原理及其应用摘要：机载LIDAR是一种无需任何或仅需少量的地面控制点的安装在飞机上的激光探测和测距系统，用于获得高精度、高密度的三维坐标数据，并构建目标物的三维立体模型。LIDAR具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短等特点，为获取高分辨率地球空间信息，可提供一种全新的技术手段。本文详细介绍了Trimble机载LiDAR系统——Harrier的组成、工作原理、性能特点及其应用。关键词：机载LiDAR；定位定姿系统（POS）；三维建模；DEM1. 引言        随着空间数据应用领

2、域的不断扩大，对获取准确可靠空间数据的要求也越来越高。传统的摄影测量因为生产周期长、费用高、效率低、高程点获取的密度低，已不适应当前信息社会的需要。而能够精确、快速地获取地面三维数据的机载激光雷达作为一种经济可靠的技术随之孕育而生。      机载激光雷达（AirborneLightDetectionandRanging,简称机载LiDAR）源自1970年，美国国家航空航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）及惯性导航系统（InertialNavigationSystem,INS）的发

3、展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国斯图加特（Stuttgart）大学在1988年到1993年间研制的空载激光雷达测量系统（Ackermann–19），该系统成功地将激光雷达技术与即时定位定姿系统结合。机载激光雷达集激光、全球定位系统和惯性导航系统三种技术于一身，它将激光扫描仪、GPS接收机、惯性导航系统、数码相机及控制元件等搭载在载体飞机上，通过主动向目标地表发射激光脉冲获取地表的三维信息，突破了传统航空摄影测量被动成像的局限性，从系统研制开发成功后即得到迅速发展，现已成为21世纪具有极大应用前景的空间信息获取技术。2. Trimble

4、机载LiDAR系统——Harrier的组成    Harrier系列机载激光雷达系统是Trimble公司自行研制的新一代航空测图系统，该系统采用模块化设计，安装拆卸简单、方便，既可以安装在直升机上，也可以安装在固定翼飞机上。该系统中的激光雷达扫描仪获取的点云数据通过计算机软件处理生成三维立体模型，加上数码航空相机系统获得的高清晰数字图像，能够快速生产高精度的正射影像图，由此能够建立各种动态的、精确的三维虚拟空间，广泛应用于数字城市建设、数字安全防范、地形地理测绘、数字水利、抗洪救灾、海洋管理与开发、数字森林、环境生态监测、地质学、农业、旅游及

5、野外考察、考古、电力系统、公路、铁路、无线通信设施的布局设计和管理以及国防应用等领域。Trimble机载LiDAR系统——Harrier由硬件与软件两部分组成。（1）硬件·激光雷达扫描仪（LiDAR）与航空数字相机·全球导航卫星系统（GNSS）+惯性导航的定位定姿系统——POSAV·飞行管理系统·工业化计算机系统·数据存储与备份系统  图1 机载LiDAR系统——Harrier硬件模块（2）软件数据采集控制软件：1）飞行管理系统软件：2）POS系统控制软件：POSAVController3）航空摄影测量软件包：外方位定向模块；相机校验软件（包

6、括视准轴校验）4）点云数据预处理软件：RiAnalyze数据后期处理软件：1）定位定姿（POS）数据处理软件：POSPacMMSforAir2）激光点云数据与图像数据处理与成果数据生成软件：TrimbleTopPIT、TrimbleINPHO3. Trimble机载LiDAR系统——Harrier系统工作原理     地球的表面以及覆盖其上的目标，譬如植被、建筑物等都可以对电磁波产生反射。LiDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射离散的激光脉冲，打在物体上并反射，最终被接收器所接收。接收器准确地测量激光脉冲从发射到被

7、反射回的传播时间。因为激光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。这种直接距离测量方法是基于短波电子信号在一个均匀的介质层内(即空气)，以恒定的速度直线传播，并且在不同的介质分界面(地球表面)被反射回来。其一般原理可以简单描述为：C=C。／n　　　　　　　　　　(1)    其中，C。为真空光速，n为介质，即空气折射率从激光发射器发出的激光光束到达地面并被反射后，被激光器上的接收单元接收和记录。一般把从发射到接收这段时间称为运行时间t，这个时间参数t与光束的出发点和地面之间的双倍距离R成正比，由此可以计算出

8、此距离：R=t×c／2　　　　　　　　　　(2)       通过DGPS（或PPP）和IMU求得航迹线上任意采样时刻激光发射中心的空间坐标和设备的空间姿态，内插后