LiDAR技術(shù)與同類(lèi)技術(shù)對(duì)比傳感器飛行平臺(tái)飛行計(jì)劃成像自動(dòng)化程度系統(tǒng)成熟性及有效性DSM/DTM制作差異攝影測(cè)量與LiDAR的主要差異2一、傳感器3攝影測(cè)量所用的光學(xué)傳感器多種多樣：（幾何形態(tài)）二維、線陣、多線陣、逐點(diǎn)探測(cè);（分辨率）幾何、輻射分辨率和光譜分辨率;（存儲(chǔ)介質(zhì)）模擬、數(shù)字;（其它）幾何精度、重量、功耗、成本等;LiDAR系統(tǒng)的傳感器種類(lèi)很少：激光器基本為光學(xué)泵浦固體激光器，可用波段較少。種類(lèi)攝影測(cè)量：簡(jiǎn)單，容易操作;可靠性強(qiáng)，價(jià)格相對(duì)低廉;使用壽命可達(dá)數(shù)十年;LiDAR系統(tǒng)：能量要求高，能耗轉(zhuǎn)換為高溫，必須冷凝過(guò)程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜;激光器使用壽命較短，溫度控制較好的激光器使用壽命也僅有10000小時(shí);4壽命攝影測(cè)量：全色、多光譜、高光譜;LiDAR系統(tǒng)：激光器本身可用譜段范圍比可見(jiàn)光和紅外傳感器寬得多，從50nm到30000nm）；但用于機(jī)載LiDAR系統(tǒng)的激光器僅限于近紅外波段；5光譜信息二、

飛行平臺(tái)（定位定姿）6攝影測(cè)量：面陣：無(wú)需GPS/INS系統(tǒng);線陣：必需GPS/INS系統(tǒng);傳感器幾乎可以裝載到所有可能的飛行平臺(tái)上，包括氣球到空間站；但是線陣CCD對(duì)飛行高度和飛行速度有較嚴(yán)格的要求

。LiDAR系統(tǒng)：必需GPS/INS系統(tǒng);可以裝載到直升機(jī)和其它飛機(jī)上，飛行高度一般在1000m左右：激光器功率最高脈沖發(fā)射率探測(cè)器靈敏度掃描頻率飛行平臺(tái)三、

飛行計(jì)劃7攝影測(cè)量系統(tǒng)：飛行計(jì)劃比較簡(jiǎn)單，易于制訂，主要是天氣;機(jī)載LiDAR系統(tǒng)：飛行計(jì)劃復(fù)雜，參數(shù)多：掃描帶走向，飛行高度，航帶重疊度，速度，衛(wèi)星分布等;LiDAR系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)不會(huì)有可見(jiàn)光紅外影像中存在的陰影問(wèn)題；不過(guò)受遮擋的情況也還是存在，這與攝影測(cè)量系統(tǒng)“拍攝”不到閉塞區(qū)域的情況相同

；機(jī)載LiDAR系統(tǒng)要求飛行高度和飛行速度都低于攝影測(cè)量系統(tǒng)，而且視場(chǎng)一般都比較小，在相同時(shí)間內(nèi)機(jī)載LiDAR系統(tǒng)探測(cè)成像范圍較小。8四、地物反射與成像方面9攝影測(cè)量系統(tǒng)一般工作波長(zhǎng)可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜段，即全色波段或者有幾個(gè)波段，每個(gè)波段寬度都是較寬的，成像質(zhì)量較好。攝影測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)較小，一般不存在飽和問(wèn)題。激光是單色光，而且譜段寬度很窄。激光掃描系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍（記錄的反射率數(shù)值范圍）比攝影測(cè)量系統(tǒng)大得多，對(duì)于探測(cè)器來(lái)說(shuō)，常常導(dǎo)致飽和（溢出）。激光成像的影像質(zhì)量低于攝影測(cè)量影像，在高航高低反射率區(qū)域，越明顯。五、自動(dòng)化程度在地物目標(biāo)三維信息提取方面，攝影測(cè)量處理過(guò)程需要更多的人工編輯

,特別是膠片處理以及傳感器的定向很難自動(dòng)化。在理想的條件下，機(jī)載LiDAR系統(tǒng)可以全自動(dòng)地提供地物目標(biāo)的三維坐標(biāo)原始信息，達(dá)到很高的自動(dòng)化程度。原因在于其原始數(shù)據(jù)已經(jīng)隱含了大量攝影測(cè)量需完成的任務(wù)。10實(shí)際上，機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)在應(yīng)用時(shí)也需要加入人工編輯操作，如，航帶偏斜，進(jìn)行相對(duì)校正時(shí)，航帶連接點(diǎn)（同名點(diǎn)）的尋找；點(diǎn)云濾波或分類(lèi)存在錯(cuò)誤時(shí)，點(diǎn)類(lèi)別的人工編輯等。11六、技術(shù)成熟性和系統(tǒng)有效性攝影測(cè)量系統(tǒng)建立在成熟的、復(fù)雜的技術(shù)和算法基礎(chǔ)上，已經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，已有數(shù)種商業(yè)化系統(tǒng)。機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)成果仍然需要提供商業(yè)服務(wù)。軟件的缺乏標(biāo)準(zhǔn)的缺乏12七、DSM和DTM的生成13二者均可生成DSM和DTM攝影測(cè)量：在模擬或數(shù)字影像上進(jìn)行人工量測(cè)可以得到DTM和DSM,利用數(shù)字影像匹配方法所得到的只是DSM，需要進(jìn)一步處理得到DTM。激光點(diǎn)云：對(duì)三維點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可得到DSM，通過(guò)濾波處理可以得到DTM。在DTM/DSM量測(cè)點(diǎn)的密度和分布方面：攝影測(cè)量與機(jī)載LiDAR得到的三維點(diǎn)密度相當(dāng)，但通過(guò)攝影測(cè)量密集匹配方法，得到的鄰點(diǎn)存在的高度相關(guān)性。在DSM/DTM量測(cè)方式和機(jī)動(dòng)性方面：攝影測(cè)量系統(tǒng)：采用自動(dòng)匹配，因匹配過(guò)程盲目搜索，產(chǎn)生大量冗余計(jì)算，存在誤匹配；若采用人工方法，量測(cè)方式靈活，可得到高質(zhì)量的DTM。LiDAR系統(tǒng)：由于數(shù)據(jù)采集的盲目性，即使在密度很高的情況下也只能部分地采集到DSM/DTM特征點(diǎn)。14在量測(cè)精度方面：攝影測(cè)量人工量測(cè)方式在影像質(zhì)量水平和紋理豐富程度中等的情況下，DSM/DTM量測(cè)精度主要取決于飛行高度和傳感器定向精度。15平面精度和高程精度分析可以分開(kāi)進(jìn)行，因?yàn)閮烧叩年P(guān)系是彼此獨(dú)立的，在整個(gè)像幅內(nèi)，精度也是基本一致的。機(jī)載LiDAR系統(tǒng)精度影響因素甚多，其理論精度模型的推導(dǎo)，誤差傳播和可達(dá)精度的預(yù)測(cè)都十分復(fù)雜

。若存在姿態(tài)誤差，則導(dǎo)致高程精度隨掃描角度的增加，特別是飛行高度的增加而很快遞減。飛行高度在400-1000m時(shí)，攝影測(cè)量系統(tǒng)的平均精度比機(jī)載激光系統(tǒng)稍好，只是在條件較好情況下，機(jī)載LiDAR系統(tǒng)才更精確。當(dāng)飛行高度超過(guò)1000m，姿態(tài)量測(cè)足夠精確，接收到的地物目標(biāo)反射信號(hào)很好，則LiDAR系統(tǒng)的精度會(huì)超過(guò)攝影測(cè)量。16一般說(shuō)來(lái)，攝影測(cè)量平面精度比高程精度要高出1/3，而機(jī)載LiDAR系統(tǒng)則恰恰相反，平面精度比高程精度要低2-6倍，而在地形起伏較大的情況下，平面誤差會(huì)嚴(yán)重影響高程精度

。機(jī)載LiDAR系統(tǒng)——可以檢測(cè)到面積比激光束照射面更小的目標(biāo)，如電力線；但在某些情況下又成了系統(tǒng)的缺點(diǎn)，那些面積很小的地物被檢測(cè)出來(lái)，并精確地建立其數(shù)學(xué)模型，而在它周?chē)钠渌匚飬s被忽略，其模型的精度很差

。17在地貌恢復(fù)質(zhì)量方面：18機(jī)載LiDAR系統(tǒng)所獲取的DTM的地貌質(zhì)量并非總是令人滿意，由于濾波算法的非智能化，不能將地面與地物區(qū)分開(kāi)來(lái)，在獲得DTM的同時(shí)也失去了一些地面特征信息，只有人工攝影測(cè)量是確保高質(zhì)量DTM數(shù)據(jù)的最好方法

。生產(chǎn)時(shí)間方面：機(jī)載LiDAR獲取DTM所需時(shí)間比攝影測(cè)量系統(tǒng)要短得多。攝影測(cè)量系統(tǒng)，若可以利用已有影像數(shù)據(jù)、資料，這樣，DTM生產(chǎn)可以進(jìn)行得更快，成本也較低些；19生產(chǎn)成本方面：僅就獲取DEM和三維模型而言，機(jī)載LiDAR的成本遠(yuǎn)低于航空攝影。但是考慮到LiDAR的帶寬比較窄，一般比航空攝小60%-70%，在需要減少航攝架次、提高外業(yè)速度時(shí)，往往都不是用戶的首選。綜上所述，機(jī)載LiDAR系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）對(duì)于極少紋理的地表面的測(cè)繪20（2）森林和植物覆蓋物繁多的地域測(cè)繪茂密森林地區(qū)——機(jī)載LiDAR系統(tǒng)可以獲得地形數(shù)據(jù)，而攝影測(cè)量系統(tǒng)做不到。21（3）細(xì)長(zhǎng)地物目標(biāo)的測(cè)繪——包括道路測(cè)繪、電力線及電線塔測(cè)繪、海岸侵蝕監(jiān)測(cè)、水道水系測(cè)量、鐵道線測(cè)繪、光纖通道量測(cè)、管道量測(cè)等。機(jī)載LiDAR系統(tǒng)的掃描帶較窄，在上述各種地物量測(cè)方面的效率成本比要高得多，對(duì)于相關(guān)的管理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作，都能提供有效的信息。22（4）城市區(qū)域DSM的生成由于機(jī)載LiDAR系統(tǒng)可以進(jìn)行密集的高精度量測(cè)，對(duì)于不連續(xù)、突出的三維目標(biāo)，特別是建筑物的檢測(cè)、重建，比人工量測(cè)速度快得多?！蔀槌鞘幸?guī)劃、通訊天線的安置等工作，提供非常重要的數(shù)據(jù)；23（5）需要高密度和高精度量測(cè)的區(qū)域露天礦監(jiān)測(cè)露天堆集物監(jiān)測(cè)洪水測(cè)繪局部超級(jí)設(shè)施（如飛機(jī)場(chǎng)）的測(cè)繪24（6）微小目標(biāo)量測(cè)航攝影像中很難發(fā)現(xiàn)，人工測(cè)量無(wú)法進(jìn)行的工作，如電力線量測(cè)等。（7）需要快速響應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域如自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)，需要很快提供信息數(shù)據(jù)時(shí)，由于機(jī)載激光系統(tǒng)可以進(jìn)行直接測(cè)距，轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)，因此成為極其重要的工具。25LiDAR與INSAR比較26LiDAR技術(shù)與機(jī)載INSAR技術(shù)都是由星際探索中孕育發(fā)展而來(lái)的新技術(shù)，它們都是主要用于獲得高精度的DEM數(shù)據(jù)。二者相比較，有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。由于投影原理上的差別，機(jī)載LiDAR可以進(jìn)行傾斜測(cè)量和垂直的攝影，而機(jī)載INSAR只能進(jìn)行側(cè)視成像；機(jī)載LiDAR是通過(guò)計(jì)算從發(fā)射激光到接收到目標(biāo)反射的激光的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算距離，確定目標(biāo)位置，而機(jī)載

INSAR則是通過(guò)解算兩束雷達(dá)波的相位差來(lái)得到目標(biāo)位置；27相比機(jī)載

INSAR而言，機(jī)載LiDAR的測(cè)量效果會(huì)受到天氣狀況和目標(biāo)反射率的影響，例如，雨、霧以及地面的霜、冰等都會(huì)對(duì)機(jī)載激光雷達(dá)的測(cè)量效果產(chǎn)生影響，

而機(jī)載

INSAR則不存在這種問(wèn)題，它對(duì)大氣的狀況不敏感；機(jī)載

INSAR與機(jī)載LiDAR的測(cè)量效率也有區(qū)別。28LiDAR技術(shù)INSAR技術(shù)電磁信號(hào)紅外激光脈沖兩束垂直的雷達(dá)波束測(cè)量方式計(jì)算激光束飛行時(shí)間解算雷達(dá)波相位差波長(zhǎng)μmcm投影方式垂直或傾斜傾斜受大氣狀況影響密切基本無(wú)關(guān)受地形地物影響較少很大探測(cè)距離與