机载激光雷达技术在地理信息数据采集环节的应用现状

摘 要：近年来，地理信息产业以技术含量高、发展空间大、带动效应强等特点，受到世界各国的重视，产业规模不断壮大。地理信息产业以地理信息数据的获取和分析为基础，本文旨在简要介绍机载激光雷达技术及其在地理信息数据采集环节的应用情况，将机载激光雷达摄影技术与其他几种主要的大地测量技术进行优劣分析，最后基于现状对该行业发展趋势做简要分析。

关键词：地理信息行业；地理信息数据采集；机载激光雷达技术；GI

一、地理信息行业及数据采集概念

地理信息行业是以地理信息系统（GIS）、遥感、导航卫星定位系统等地理信息技术为基础，以地理信息资源的生产和服务为核心的战略性新兴产业。

按产业链结构分，地理信息产业可以分为地理信息制造业、地理信息软件业及地理信息服务业。地理信息制造业是地理信息产业链的上游，包括如地理影像信息、波形图、碎步点等原始数据采集获取及其设备的生产，信息商品包括各种GPS设备、影像扫描设备、数据采集设备及各种测量原始数据等；地理信息软件业是数据的处理和生产，信息商品包括各种地理信息系统软件、数据采集软件、成果展示软件以及管理和决策软件；地理信息服务业中的信息商品包括各种电子地图和模拟地图产品的增值服务、信息咨询等。

由此可见，地理信息数据采集是地理信息产业的基础环节，是地理信息产业及相关服务的第一步。

二、行业现状

地理信息行业是以现代测绘技术和信息技术为基础发展起来的综合性高技术产业，目前其应用领域已涵盖规划、国土、城管、公安、工商、税务、环保、房产、卫生、药监等30多个领域。

2014年1月《国务院关于促进地理信息产业发展的意见》出台，地理信息产业被纳入战略性新兴产业范畴，上升为国家战略。政策支持相继出台，我国地理信息产业开始进入飞跃期。根据国家发展改革委会同国家测绘地信局组织编制印发的《国家地理信息产业发展规划（2014―2020年）》，“十二五”以来，产业服务总值年增长率30%左右，截至2013年底，企业达2万多家，从业人员超过40万人，年产值近2600亿元。到2020年，政策法规体系基本建立，结构优化、布局合理、特色鲜明、竞争有序的产业发展格局初步形成。科技创新能力显著增强，核心关键技术研发应用取得重大突破，形成一批具有较强国际竞争力的龙头企业和较好成长性的创新型中小企业，拥有一批具有国际影响力的自主知名品牌。产业保持年均20%以上的增长速度，2020年总产值将超过8000亿元，成为国民经济发展新的增长点。

国家测绘地理信息局就《国务院办公厅关于促进地理信息产业发展的意见》答问指出，近年来我国地理信息产业年均增速超过25%，《意见》根据对地理信息产业发展的预测和我国近年来地理信息产业发展的实际，提出了未来发展目标。这个目标可概况为：一条主线，四大目标。“一条主线”，就是以形成地理信息获取、处理、应用为主的成熟产业链为主线。地理信息应用位于地理信息产业链的下游，是产业发展的重点领域，也是最具潜力的领域。“四大目标”，就是用5～10年时间，在市场主体方面，形成若干个龙头企业和一批充满活动的中小型企业。

三、几种地理信息数据采集方法对比

目前，地理信息数据获取产业中，针对大地工程测量的方法主要包括：传统人工测量方法、航空摄影、机载雷达摄影（LIDAR）、机载合成孔径雷达测量（SAR）等，几种主要测量方法优劣对比情况如下：

四、机载激光雷达摄影技术介绍

激光雷达（Light Detection And Ranging，简称LIDAR）大致分为机载和地面两大类，其中机载激光雷达是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，可以量测地面物体的三维坐标。机载激光雷达是一种主动式对地观测系统，是90年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。机载LIDAR传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡，直接获取高精度三维地表地形数据。机载LIDAR数据经过相关软件数据处理后，可以生成高精度的数字地面模型DTM、等高线图，具有传统摄影测量和地面常规测量技术无法取代的优越性。

机载激光雷达系统主要包括：

（1）激光测量装置。它的数据发射量和功率非常大，每秒最多可发射12.5万个激光点，测量距离为离地面30～2500m。测量到地面的激光点密度最高可达65个/m2，正常飞行高度情况下（航高800m），在植被比较茂密的地区也有一定量的激光点射到地面上。

（2）GPS接收机。通过接收卫星的数据，实时精确测定出设备的空间位置，再通过后处理技术与地面基站进行差分计算，精确求得飞行轨迹。

（3）惯性测量装置（IMU）。由装置将接收到的GPS数据，经过处理，求得飞行运动的轨迹，根据轨迹的几何关系及变量参数，推算出未来的空中位置，从而测算出该测量系统的实时和将来的空间向量。

（4）数码相机。采用高分辨率数码相机，在1000m的飞行高度，影像地面分辨可达到250px，可以获得高清晰的影像。通过影像与激光点数据整合处理后，可以得到依比例、带坐标和高程的正射影像图。在不同航高下，可以按需要得到1：250～1：10000不同比例尺的正射影像。

（5）其他相关设备。其他相关装备有飞机、计算机、专业数据处理软件等，用于完成诸如数据解算、图像解压、数据转换、点云分类、影像拼接、影像匀色等主要工序，其技术较稳定、成熟，自动化程度高。

五、未来发展

目前，全国引进激光雷达技术设备的企业不超过30家，真正采用机载激光雷达技术从事测绘生产的更少，如广州建通测绘技术开发有限公司2008年即主要应用该项技术生产，属于该领域先驱，大部分购入设备企业属于科技、学校、国有单位，主要用于研发和作为本单位的生产保障。

由于机载激光雷达技术在地理信息测量方面具有测量精度高、人工投入低、环境适应能力强、产出效率高及数据可编辑能力强的优点，结合灵活的搭载方式，LiDAR技术可以广泛应用于基础测绘、道路工程、电力电网、水利、石油管线、海岸线及海岛礁、数字城市等领域，提供高精度、大比例尺（1：500至1：10000）的空间数据成果。随着市场接受度的不断提高及实践测量经验技术的不断丰富，机载激光雷达技术在地理信息数据采集及分析领域的市场空间将更加广阔。

参考文献：

[1] 国家发展改革委会同国家测绘地信局.国家地理信息产业发展 规划（2014-2020年）[Z].2014.

[2] 国家测绘地理信息局.测绘地理信息科技发展“十二五”规划[Z].2012.

[3] 国信证券.天下图，航拍地理信息图霸天下[DB/OL].2014.

[4] 东北证券.立足GIS 平台优势，拓展业务空间[DB/OL].2014.