LIDAR是一種集激光,全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)與一身的系統(tǒng),用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術(shù)的結(jié)合,可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng),這兩種系統(tǒng)的共同特點都是利用激光進(jìn)行探測和測量,這也正是LIDAR一詞的英文原譯,即:LIght Detection And Ranging - LIDAR。
激光本身具有非常精確的測距能力,其測距精度可達(dá)幾個厘米,而LIDAR系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素,還取決于激光、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內(nèi)在因素。隨著商用GPS及IMU的發(fā)展,通過LIDAR從移動平臺上(如在飛機(jī)上)獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應(yīng)用。
LIDAR系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖,打在物體上并反射回來,最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的,傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量。結(jié)合激光器的高度,激光掃描角度,從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向,就可以準(zhǔn)確地計算出每一個地面光斑的座標(biāo)X,Y,Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言,一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng),接收器將會在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個點。一般而言,LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2-4m不等。
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