激光雷达 (光检测和测距) 是一种利用发射激光脉冲的飞行时间来测量仪器和目标之间精确距离的方法 ( Gardner, 1982 ; Sun, 2017 ; Zhou et al., 2017 )。当作为轨道有效载荷时,激光雷达可对表面进行连续测距测量,沿航天器轨道建立地形剖面。只要有合适的轨道和测量节奏,就可以构建整个星球的地形图,精度达到厘米到米,并具有精确的大地测量控制。对月球和火星的轨道激光雷达测量提供了全球地形图,这些图是科学研究和探索工作的基础数据集。通过测量透射和反射的激光脉冲能量,可以确定激光波长下表面的反射率,而不管自然照明条件或表面的热状态如何。从这个角度看,我简要总结了激光雷达在行星科学应用方面的历史,从阿波罗 15 号激光高度计开始,并确定了几种与最紧迫的行星科学问题相关的未来技术和测量概念。我的目的是强调如何以新的方式使用两种基本的激光雷达测量(飞行时间和接收的激光能量)来提供独特的科学测量。我将这个观点限制在行星科学激光雷达研究上,并不关注丰富的地球科学激光雷达任务、地面和机载研究,也不讨论激光雷达在导航和制导目的上的严格使用,因为它越来越多地用于航天器对接、地形相对导航 (TNR) 以及着陆制导和控制。
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1 激光雷达技术 相位检测 2 波长 860 nm 3 深度范围 可达 12 米 4 深度精度 < 10 cm,范围可达 5 米 5 更新率(摄像头) 5 Fps 6 FOV 90ºx60º 7 每帧 3D 点数 每帧 76800 个点 8 尺寸 370 x 275 x 246 mm 9 重量 8 Kg
前言 本报告由美国农业部林务局的清查与监测 (I&M) 指导委员会发起和资助。I&M 指导委员会由清查与监测研究所特许成立,旨在调查新兴技术并确定其对林务局 I&M 问题的帮助潜力。遥感应用中心感谢 I&M 指导委员会的指导和指导,以及圣迪马斯技术与发展中心提供的项目监督。作者认为,提供的意见促成了更具体的最终报告,以满足现场需求。摘要 Spencer B. Gross, Inc. (SBG) 被选中评估多回波 LIDAR(光检测和测距)技术在美国农业部林务局的应用。本研究使用的数据集位于美国西北部(俄勒冈州、华盛顿州和蒙大拿州)。三个站点有现有数据,并为另外三个站点收集了新的 LIDAR 数据。这些站点被选中是因为具有西北植被群落的代表性样本、坡度特征和土地管理处理。对于许多此类场所,辅助数据(如地图、照片、清单数据)和现有关系(即大学人员和学生、林业联系人、政府联系人)可用于验证目的。地理空间信息为有效的森林管理实践奠定了基础。使用传统技术(包括航空摄影、摄影测量和实地工作)获取高质量数据相对昂贵且耗时。某些数据元素(如西北林地可靠的 20 英尺等高线的裸地地形模型)非常难以获取。多回波 LIDAR 可以捕获密集点数据,这些数据定义第一个表面(冠层)并通过许多点撞击地面来穿透植被。因此,只需一次飞行就可以“绘制”冠层、裸地和许多结构特征,如冠层高度、体积和基部直径。LIDAR:技术机载激光扫描的发展可以追溯到 20 世纪 70 年代早期的 NASA 系统。尽管笨重、昂贵,且仅限于特定应用(例如简单测量飞机在地球表面上的精确高度),这些早期系统还是证明了该技术的价值。
Waveform-LiDAR 利用了两个关键特性:首先,脉冲飞行时间激光雷达的返回信号(从光学状态转换为电状态后)通过高采样率的模数转换器 (ADC) 进行数字化,同时覆盖宽动态范围。其次,数字化的回波信号会进行详细分析(信号检测和信号估计)——在线或离线——提供功能丰富的测距结果,包括目标的精确距离、信号强度以及从接收到的回波信号的实际形状得出的属性。结合角度测量和运动激光雷达应用中集成 IMU/GNSS 系统的测量,生成的 3D 点云不仅具有几何形状,还具有经过校准的附加属性,如振幅和反射率估计,从而简化了进一步的处理,如配准、地理参考和过滤。
激光雷达系统的质量保证 – 任务规划 Kutalmis Saylam GeoBC 英国皇家登记处和地理基地 (CRGB) 分支机构 1 楼,3400 Davidson Ave,维多利亚,BC V8Z 3P8 加拿大 Kutalmis.saylam@gov.bc.ca 摘要 任务规划被认为是机载光探测和测距 (LiDAR) 调查的一个重要方面,有助于提高整体质量保证 (QA) 体验。由于 LiDAR 是一种相对较新的空间数据采集实践,因此可能找不到有关如何为此类任务做好准备的完整文档。一些公共和私人组织提供了抽象信息;但是,这些资源都没有提供完整记录和详尽的解释。在整个行业中,大多数机载 LiDAR 任务都是利用参与早期项目的人员的专业知识准备的。正式培训并不常见,而“在职学习”可能会给未来带来麻烦。此外,有各种类型的机载 LiDAR 调查需要特定的专业知识,但所掌握的专业知识可能不适用于不同类型的调查。建议现场和办公室经理在任务启动前非常仔细地评估项目要求和可用资源。有基本要求,也有不太重要的行动。由于机载调查的多变性,所有阶段都需要稳定观察,以防止可能代价高昂的变化或任务失败。为了尽快完成项目,各种项目都会遇到困难,导致忽略和跳过 QA 程序。仔细评估要求并适时规划对于成功完成任务至关重要。良好的任务规划需要仔细和广泛地考虑项目的各个阶段。因此,作者认为需要详细的机载 LiDAR 任务规划文档,为 LiDAR 社区提供帮助。简介 质量保证程序是指有计划和系统的流程,可确保产品或服务的有效性。这适用于所有形式的活动;设计、开发、生产、安装、服务和文档阶段。机载 LiDAR 任务规划的 QA 是指预测和管理活动,以确保以尽可能高的质量执行和完成拟议的任务。图 1 说明了一般 QA 模型流程图。这些活动通常包括良好的任务规划、准确的系统配置、完善的数据处理和完整的项目交付。
2 Leica Geosystems AG,地理空间内容解决方案,瑞士希尔布鲁格,(rene.rothe, kristin.klimek)@leica-geosystems.com 第一委员会,第一/2 工作组 关键词:倾斜摄影测量、机载激光扫描、质量评估、密集图像匹配、数据融合 摘要:在同一平台上配备有主动激光和无源图像传感器的混合传感器解决方案正在迅速进入机载地形和城市测绘市场,为提高地理空间产品的质量提供了新的机会。从这个角度来看,同时获取 LiDAR 数据和倾斜图像似乎有潜力引领机载(城市)测绘领域向前迈进一步。本文重点介绍这种集成式一体化测绘解决方案的第一个商业示例,即 Leica CityMapper 混合传感器。通过分析从德国海尔布隆市和法国波尔多市获取的两个 CityMapper 数据集,本文探讨了以下方面的潜力和挑战:(i) 正下方和倾斜图像之间的连接点数量和分布,(ii) 图像空中三角测量 (AT) 策略以及相对于地面真实数据可实现的精度,(iii) 相对于 LiDAR 数据的局部噪声水平和密集图像匹配 (DIM) 点云的完整性。提出了用于同时获取的测距和成像数据的集成处理解决方案,为挖掘这两个数据源的真正潜力开辟了新的机会。1. 介绍
历史背景 • (1930) 探照灯 • (1960) 激光发明 – 提供:高准直性、纯度和光谱相干性(Δλ≈ 0.01 nm) • (1962) Fiocco & Smullin – 从月球反射激光束。研究大气浑浊层 • (1963) Ligda – Q 开关:实现短宽度(τ l)、高能量激光脉冲 – (Ep ≈ 1J,τ l ≈ 10ns,PRF ≈ 10Hz) • (1973) 半导体激光器 (GaAs) – 激光二极管阵列。峰值能量 (Ep) ↓ 和 PRF ↑ 之间的权衡
美国政府和中华人民共和国政府都将战略性和新兴技术视为经济竞争力和国防的关键要素。争取在这些技术领域占据领先地位是中美战略竞争的核心方面。一些新兴技术既有民用用途,也有军用用途。这些技术中包括光检测和测距 (LiDAR),这是一种用于汽车、农业、制造、气象和其他系统的遥感技术。LiDAR 市场及其用途正在迅速发展。迄今为止,美国公司在 LiDAR 领域处于领先地位,但中国公司在中国产业政策的支持以及美国市场和技术的准入下也取得了进展。一些中国公司使用可疑的做法来获取美国 LiDAR 知识产权 (IP)。
本文描述了FOI上有关3维(3-D)成像的持续研究。具体来说,我们解决了激光雷达带来的新可能性,重点是用于高分辨率3-D成像的系统。3-D激光雷达是一项可行的技术,旨在预防和打击犯罪和恐怖主义。实时3-D传感是一种现实,除了通过范围成像来实现更传统的技术(例如立体声视觉和结构光)外,还可以。3-D传感闪光成像激光雷达的当前开发将在长度范围内以CM分辨率以完整的视频速率提供高分辨率3-D成像的能力。很可能会彻底改变许多应用程序,包括执法和法医调查。与常规的被动成像系统(例如CCD和红外线(IR)技术)相反,激光雷达提供强度和范围信息,并具有穿透某些场景元素(例如植被和窗户)的能力。这又意味着在对象识别和识别中,例如,我们解决了3-D激光雷达系统的一些新功能。结果清楚地表明,3-D成像激光雷达系统在当今可以在刑事司法系统中使用的各种情况有用,可以使技术能够预防和打击犯罪和恐怖主义。