激光雷達(dá)(激光探測及測距系統(tǒng)，LiDAR)是一種光學(xué)遙感技術(shù)，其基本工作原理與無線電雷達(dá)技術(shù)類似，即通過激光脈沖發(fā)送和反射信號接收的時間間隔來測量與目標(biāo)的距離。目前，激光雷達(dá)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于測繪、考古、地理、地質(zhì)、林業(yè)、遙感和大氣物理等許多個學(xué)科領(lǐng)域。

　　激光雷達(dá)制圖已成為許多項(xiàng)目的基本要求。除激光雷達(dá)數(shù)據(jù)外，用戶通常還需要正射校正后的圖片以及地理信息數(shù)據(jù)。某些用戶還會需要分類點(diǎn)云;然而，隨著一種能夠顯示完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)并產(chǎn)生矢量信息的工具的出現(xiàn)，許多用戶已不再使用這種數(shù)據(jù)了。

　　另一個常見的影響終端數(shù)據(jù)質(zhì)量的發(fā)展趨勢則是多波段數(shù)據(jù)信息的融合。來自激光雷達(dá)和其它傳感器的融合數(shù)據(jù)正在成為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。這樣不僅能夠充分發(fā)揮每個傳感器的優(yōu)勢，而且可以避免來自其它傳感器的可能干擾。點(diǎn)云已具有一定的內(nèi)在幾何形狀，與其他數(shù)據(jù)資源的融合將會極大地增強(qiáng)其信息價(jià)值。

　　從硬件角度來看，激光雷達(dá)制造商在保證數(shù)據(jù)覆蓋范圍的前提下，一直都在努力提高單位面積獲取的點(diǎn)云數(shù)目，以獲得更好的量測分辨率。

　　主要組成部分

　　以機(jī)載激光雷達(dá)設(shè)備為例，LiDAR系統(tǒng)大致包括以下幾個部分：

　　掃描儀及光學(xué)系統(tǒng)——激光掃描儀是系統(tǒng)的核心部分，主要用來測量地物地貌的三維空間坐標(biāo)信息，其掃描的速度將決定影像數(shù)據(jù)生成的速度。利用多種光學(xué)系統(tǒng)來掃描方位角和高程，其精度將影響角分辨率和測距。此外，還可用孔鏡或者電子束分裂器來收集回波信號。

　　全球定位系統(tǒng)(GPS)——搭載在飛機(jī)或者衛(wèi)星等移動平臺上的激光雷達(dá)傳感器都需要確定其絕對位置。GPS接收器采用差分定位技術(shù)來確定平臺的坐標(biāo)。為了獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，還要在數(shù)據(jù)處理過程中進(jìn)行后處理動態(tài)定位。

　　慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)——測量航飛平臺的姿態(tài)，如飛機(jī)傾斜、翻滾和偏航的程度。這些數(shù)據(jù)可用于進(jìn)行發(fā)射激光束角度校正和地面圖像糾正。

　　數(shù)碼相機(jī)——數(shù)碼相機(jī)拍攝的航片寬度應(yīng)該與激光掃描寬度一致，經(jīng)過后期校校正、拼接的航片可生成彩色正射數(shù)字影像。

　　數(shù)據(jù)處理軟件——激光掃描系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)量非常龐大，一個典型項(xiàng)目的數(shù)據(jù)量可達(dá)數(shù)百萬兆字節(jié)。必須經(jīng)過特定的專業(yè)軟件來處理才能滿足具體需求。

　　需求增長的原因

　　近年來，激光雷達(dá)已成為地理空間數(shù)據(jù)采集的主要工具之一，點(diǎn)云數(shù)據(jù)及其產(chǎn)生的許多附件數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)品越來越得到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。導(dǎo)致出現(xiàn)這種趨勢的因素有很多，包括激光雷達(dá)系統(tǒng)采集效率高、采集量大、高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的生產(chǎn)相對便捷、數(shù)據(jù)獲取周期短等。而恰巧這些正是用戶所急需的，他們對準(zhǔn)確及時的地理信息數(shù)據(jù)的需求已經(jīng)日益急迫?？蓪⒓す饫走_(dá)的優(yōu)勢概述如下：

　　·快速的數(shù)據(jù)采集和處理能力

　　·對天氣的依賴程度較低

　　·在植被覆蓋區(qū)，有著比攝影測量技術(shù)更好的測量效果

　　·輸出數(shù)據(jù)種類多樣，內(nèi)容完善

　　·為進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘提供了可能，這就意味著用戶可以利用豐富的數(shù)據(jù)資源來提取其它細(xì)節(jié)信息

　　·可以節(jié)省某些項(xiàng)目的開支。就狹長地帶測圖而言，激光雷達(dá)技術(shù)比傳統(tǒng)測量方法更具有優(yōu)勢，可以極大地節(jié)約時間和開支。

　　紙質(zhì)地理信息的時代正在逐漸瓦解，數(shù)字信息已成為當(dāng)今的主角。與紙質(zhì)數(shù)據(jù)相比，數(shù)字系統(tǒng)可以匹配不同來源的數(shù)據(jù)，并同步坐標(biāo)系統(tǒng)。數(shù)字時代對準(zhǔn)確的地理信息的需求也日益增多，急需精確的地理同步方法的出現(xiàn)，特別是在具有多層數(shù)據(jù)(建筑物、道路、通信線路、供水系統(tǒng)和能源系統(tǒng))的市區(qū)。

　　三維應(yīng)用

　　現(xiàn)在政府部門以及地理空間相關(guān)企業(yè)都在大量使用GIS數(shù)據(jù)。同時，新技術(shù)的出現(xiàn)也使得城市范圍內(nèi)的真三維地理可視化迅速發(fā)展。以前我們在二維矢量地圖中使用導(dǎo)航功能。而現(xiàn)在，我們已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)真三維場景中的導(dǎo)航操作，顯著增強(qiáng)了用戶的體驗(yàn)效果。以前我們使用二維地圖中管理車隊(duì)。而現(xiàn)在，我們可以通過三維可視化表達(dá)來實(shí)現(xiàn)這一操作，管理者和司機(jī)之間便可以使用共同語言來描述具體的位置信息。因此，許多二維應(yīng)用就變成了可以為同一工作環(huán)境中的人們提供通用“地理語言”的三維應(yīng)用。

　　這一創(chuàng)新改變了許多領(lǐng)域的發(fā)展，如導(dǎo)航、廣告、規(guī)劃和國土安全等。同時，它也改善了未來城市規(guī)劃的公開透明度，降低了規(guī)劃對市民所造成的影響。如果想要復(fù)制世界，我們首先需要非常準(zhǔn)確地了解它，然后才能對其進(jìn)行開發(fā)利用。從最早的地圖到復(fù)雜的三維模型，我們一直在嘗試使用更具技術(shù)含量的復(fù)雜方法來可視化我們的世界。無論現(xiàn)在還是未來，地理空間技術(shù)(包括激光雷達(dá))都會為我們更加高效地完成工作提供幫助。

　　數(shù)據(jù)維護(hù)

　　全國準(zhǔn)確的城市地理信息很難生成，而且更新過程復(fù)雜，費(fèi)用昂貴。要想很好地保證這些數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，將面臨諸多挑戰(zhàn)：

　　·缺乏單獨(dú)付費(fèi)的用戶。更新費(fèi)用將來自于多個用戶，沒有哪一個用戶能夠支付得起全部的測繪成果。

　　·需要將準(zhǔn)確度增加到厘米級，同時將生產(chǎn)和更新時間壓縮至幾個星期，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可用性和現(xiàn)勢性。

　　·需要通過自動化手段來降低成本，從而可以為更多的用戶所用。

　　存在的誤區(qū)

　　許多人對激光雷達(dá)的認(rèn)識還不夠全面，存在著許多誤區(qū)：

　　系統(tǒng)都一個樣的——這是不正確的。每個傳感器的配置都不同，每個具體項(xiàng)目所要進(jìn)行的校準(zhǔn)也不同，傳感器輸出的條件也不同。

　　點(diǎn)越多越好——事實(shí)并非如此。你在數(shù)據(jù)的詳細(xì)程度上耗費(fèi)大量精力，而最終項(xiàng)目可能并不需要最佳的分辨率，這樣就會增加很多不必要的開支。

　　激光雷達(dá)可在任何天氣情況下工作——雖然激光雷達(dá)比航空攝影受到的限制要少得多，但也并非可在任何情況下采集數(shù)據(jù)。如果設(shè)備被積雪覆蓋的話，結(jié)果會相當(dāng)糟糕。它可以在雨、霧和小雪中運(yùn)行，但在這些情況下數(shù)據(jù)質(zhì)量并不能夠得到保障。