来源：《地理空间信息》2017年8月
作者：赖旭东，李咏旭，陈佩奇，杨婧如，祝 勇
第一作者简介：赖旭东，教授，博士生导师，主要研究方向为机载激光雷达技术、地理变化检测与分析技术。
摘 要：介绍了LiDAR 系统的特点，与航空摄影测量技术进行对比。总结当前LiDAR 硬件系统和数据处理的现状和主要趋势，以期对国内用户在仪器选型和行业应用中提供帮助，对我国LiDAR 硬件系统研制和数据处理软件开发提供借鉴和参考。
关键词：LiDAR ;点云 ;分类 ;变化检测
机载激光雷达(LiDAR)技术是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备紧密集成，以飞行平台为载体，通过对地面进行扫描，记录目标的姿态、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深入加工得到所需空间信息的技术。自上世纪90年代初在德国出现首个商用LiDAR系统后，其研究和应用得到极大发展。国内LiDAR技术的研究开始时间比国外大约晚10 a[1，2]，随着研究的深入和硬件技术的发展，LiDAR技术在我国有了巨大发展。最近在武汉大学举办第四届全国激光雷达大会，参会人员近600名，参展的国内软硬件厂商十余家，大多涉及机载LiDAR技术的研究和应用，充分展现了当前LiDAR技术的蓬勃发展态势。本文对当前我国LiDAR市场的主要硬件、软件及产品的指标和性能进行分析，并对行业应用现状和发展趋势进行分析和展望。
1、LiDAR的技术特点及与相关技术比较
1.1 LiDAR的技术特点[3]
1)主动获取数据能力。LiDAR是主动发射激光，探测地物回波而确定地表信息，不受太阳高度角以及天气影响，理论上可以进行全天时全天候的数据采集，这对于应急和气象条件差的地区的作业非常有利。
2)穿透能力。LiDAR激光能够穿透薄的云雾，获取目标信息;其激光脚点直径较小，且具有多次回波特性，能够穿透枝叶间的空隙，得到树冠、树枝、地面等多个高程数据，有效克服植被影响，精确探测真实地形地面的信息。
3)外业工作量小。LiDAR集成POS系统，使用差分GPS和INS集成系统进行定位，只需少量地面基站即可完成定位，节省了大量外业工作量，对于无人区等困难区域的数据采集非常有利。但LiDAR系统对数据采集方案设置要求比较高，很多项目就是因为方案设计缺陷而造成精度没有达到设计要求。
4)精度较高。LiDAR 数据的精度较高，尤其是高程精度优于平面精度。就目前的技术能力和生产实践来看，LiDAR 技术能够满足生产1 ︰ 1 000 比例尺产品的精度要求，但如果需要更高的精度，要增加很多质量控制手段和外业工作量，成本将急剧上升。有些项目要求10 cm 以下乃至mm 的精度，这对于LiDAR技术而言实现比较困难。
5)处理速度快。LiDAR 系统直接得到三维点云数据，经过去噪得到DSM 数据，再经过滤波得到DEM数据。这些处理的自动化程度都很高，只需要很短的时间和少量人工编辑就能完成。此外，基于三维点云的建模与空间分析等也能快速实现。
1.2 LiDAR 技术与航空摄影测量技术比较
航空摄影测量是传统摄影测量技术的代表。LiDAR 技术出现后，有学者认为其将取代航空摄影测量技术。也有学者认为，随着影像匹配技术的成熟与发展，使用航片匹配出的三维点云密度要远大于LiDAR 的点云密度，其精度也能优于LiDAR 脚点的精度，因此LiDAR 技术将会慢慢消亡。就目前发展状况来看，LiDAR 技术并没有挑战航空摄影测量技术的实力，但由于其特点与优点，其已经成为航空遥感的重要技术，是航空摄影测量技术的重要补充。
1.2.1 相同点
1)二者都是以航空飞行器为遥感平台，在平台上安装遥感设备，对地面目标进行数据采集，得到遥感数据;
2)二者都能够得到DSM、DEM、DOM 和DLG等基础测绘产品，需要进行目标识别和分类等处理;
3)二者的处理流程相似，都有粗差去除，地物目标识别，分类，数据压缩，断裂线探测以及数据管理，产品分发等内容;
4)二者都是目前测绘遥感获取基础测绘数据的重要方法，都紧跟相关技术，通过与POS、通讯、数据压缩、信号分析、图像处理、计算机视觉等相关专业的紧密结合而不断发展。
1.2.2 不同点
由于成像机理和采集到的原始数据的不同，机载激光雷达技术与航空摄影测量技术也有很多不同点。主要性能比较见表1-4。
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