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激光雷达测量系统介绍

数据事业部李谨

Lidar(LightDetectingAndRanging)技术是一种利用光束来探测物体和测定距离的

高科技集成系统，代表着当前数码测绘技术的前沿。机载GPS提供Lidar系统的空间位置，

惯性测量系统提供Lidar激光的方向，激光系统提供激光脉冲，计算机系统提供高速、大规

模数据存储空间与处理能力。近年来，国内外学者对于lidar的应用做了大量的研究。其主

要研究集中在lidar数据的矫正和匹配问题、基于近距离小功率lidar测距器的目标的表面

重建研究，以及基于正射影像或遥感影像的房屋建模研究等等。

一．Lidar技术产生背景

激光是60年代发展起来的一门崭新的学科。40年来，经过基础理论和应用技术研究，

目前已经进入全面发展和应用阶段。激光技术的发展和应用不仅使古老的光学技术别开生

面，而且广泛渗透到各个学科。它已成为科学技术领域中强有力的研究工具和行之有效的手

段，带动和促进了科学技术的发展。

利用激光作为遥感设备，可追溯到30多年以前。从20世纪60年代到70年代这段时期,人

们进行了多项试验,结果都显示了利用激光进行遥感的巨大潜力,其中包括激光测月和卫星

激光测距。美国早在20世纪70年代阿波罗登月计划中就应用了激光测高技术。20世纪80年代

末,以机载激光扫描测高技术为代表的空间，对地观测技术在多等级三维空间信息的实时获

取方面产生了重大突破。随着相关技术的发展和社会需求的不断扩大,机载激光扫描测高技

术的发展日新月异。机载激光扫描测高系统能够快速获取精确的高分辨率数字地面模型，以

及地面物体的三维坐标，进而获取地表物体的垂直结构形态。同时，配合地物的视频或红外

成像结果,增强了对地物的认识和识别能力,在摄影测量与遥感及测绘等领域具有广阔的发

展前景和应用需求。机载激光扫描测高技术的发展，为获取高时空分辨率的地球空间信息，

提供了一种全新的技术手段。使人们从传统的人工单点数据获取，变为连续自动数据获取,

提高了观测的精度和速度，使数据的获取和处理逐渐向智能化、自动化方向发展。

二．Lidar技术的发展与现状

20世纪80年代,激光测量得到了迅速发展,包括当时美国NASA研制的大气海洋LIDAR系

统以及机载地形测量设备等机载系统。但机载、空载激光扫描测高技术直到最近十几年才取

得重大进展,研制出精确可靠的激光测高传感器,包括航天飞机激光测高仪、火星观测激光测

高仪，以及月球观测激光测高仪。利用它们可获取地球表面、火星表面及月球表面的高分辨

率的地形信息,这对于研究地球和火星等行星的真实形状有着重要的科学意义。1984年就有

研究者从事机载激光地形测量的研究，并给出了测量结果。德国斯图加特大学摄影测量学院

在1988年开始，研究机载激光扫描地形断面测量系统；荷兰测量部门自1988年就开始从事利

用激光扫描测量技术提取地形信息的可行性研究；加拿大卡尔加里大学1998年进行了机载激

光扫描系统的集成与试验,通过对所购得的激光扫描仪与GPS、INS和数据通讯设备的集成，

实现了一个机载激光扫描三维数据获取系统,并进行了一定规模的试验,取得了理想结果；日

本东京大学1999年进行了地面固定激光扫描系统的集成与试验。

20世纪90年代,随着相关技术的不断成熟，机载激光扫描测高技术得到蓬勃发展，欧美

等发达国家先后研制出多种机载激光扫描测高系统,如TopScan、Optech、TopEye、Saab、

Fli-map、TopoSys、Hawk2Eye等多种实用系统。Leica公司也推出了机载激光扫描测高仪

LeicaALS40。据统计,截至2001年7月，全球约有75个商业组织使用60多种类似的系统,从

1998年起,以每年25%的速度递增。

随着机载激光扫描测高技术的不断成熟,其应用范围不断扩大。美国、加拿大、澳大

利亚、瑞典等国为浅海地形测量发展的低空机载系统,使用了机载激光测距设备、全球定位

系统、陀螺稳定平台等设备直接进行测距与定位,最终得到浅海地形。比较典型的是美军现

用的一种独具特色的激光扫描水下地形测量系统，采用