激光扫描与摄影测量报告

1、激光扫描与摄影测量张祖勋时间:2011-11-24 23:13:22 来源:3sNews 我要评论(0)导读：中国测绘学会2011学术年会在福州举行。在下午进行的大会特邀报告中，中国工程院院士张祖勋做了题为激光扫描与摄影测量的报告。3sNews讯11月24日消息，中国测绘学会2011学术年会在福州举行。在下午进行的大会特邀报 告中，中国工程院院士张祖勋做了题为激光扫描与摄影测量的报告。中国工程院院士张祖勋（摄影3sNews）张祖勋院士在报告中指出，激光扫描LiDAR是集激光测距、定位、定姿、计算机技术与摄影于一体的 精密测量系统。与摄影测量相比，它是一种主动对地观测系统，为高时空分辨率地球空间

2、信息获取，提供 了一种全新的技术手段。它具有许多摄影测量无可比拟的优点，例如通过激光多次回拨能够分离DSM FE 与DSM LE;通过蓝绿激光较易穿透海水与红外激光不易穿透海水的特性，可以获取海底信息、海水深度信 息等等。目前，LiDAR已经获得基础测绘、电力、线路、数字城市等方面的广泛应用，但是，激光扫描也 有其自身的缺点。在综合分析了 LiDAR与摄影测量各自的优缺点后，首次提出了DiDAR摄影测量，在不改变现有LiDAR设备配置的基础上，将两者有机地结合在一起。例如为将激光扫描点云与影像结合，将LAS文件 改造为dpl文件;为了弥补激光点云不能发射到地理空间的线性特征上（如房屋的边缘），

3、提出了激光点云与 由影像提取、处理获得的三维线特征相集成，弥补激光点云的不足等。DiDAR摄影测量研究刚刚开始，其研究、开发还需不断完善，但是它必将具有强大生命力。（报告概 要来自中国测绘学会2011年学术年会会刊）以下为文字实录：我今天做的报告是激光扫描与摄影测量，核心问题是激光扫描，为什么要把激光扫描和LiDAR结合起 来?开始可能会讲激光扫描，激光扫描大家都知道，光有很大的优势，激光雷达可用于机载、车载、地面、 手持等。激光扫描和LiDAR的原理最大差距应该是LiDAR是一种主动对地观测系统，而摄影测量不是主 动式传感器。LiDAR的基本原理，放在机载上面，大家知道跟POS、GPS连在一

4、起，否则的话就不可能设计成车 载。在机载和车载联动的情况下必须要有GPS。要进行扫描的话有多种方式，其中有一种不断来回旋转的 反光镜，还有椭圆形的扫描，还有主动式扫描，还有光纤扫描，各有各的优缺点。激光扫描最主要的数据 结果就是点云。它可以做到其他测量手段无法做好的，可以多次回波，多次回波这是其特有的优势。如果 说我们搞普通测量或者野外测量，都很难做到这点的，这是它非常重大的优点。国产的LiDAR也有，由中科院光电所研制的，由于它的特性，它的用途非常广。我们为什么要谈激光扫描 和摄影测量结合。从这张图片可以看到这是2004年LiDAR记录的报告，里面谈到高程精度在1200米可以 达到15公分，

5、3000米可以达到30公分，我们可以估计这是在8000米，水平的记录达到4000米，也就是 从高程精度的话可以高到平面精度4倍，由于激光光斑不能全部、甚至不可能（例如房角点、房屋的边缘） 直接发射到空间上。LiDAR的处理方式，这是一个流程图，在这边可以看到它主要的点处理方法，为了清 晰我分为两个部分，一个是影像数据，激光数据等等，这是投影链，第一个处理成为首次回波，刚才谈到 激光扫描器可以多次回波，由原始数据处理到首次回波。我们要的DSM也好，是地面而不是房顶，更不 是树上。第二次就是DSM末次回波，一次回波假设没有穿透的时候，二次回波要分为地面点和非地面点， 这样才有可能分出来地面点。这块

6、就是对应的DSM。激光扫描流程中没有可能正射影像的生成。这个数据 处理里面要把地面点和非地面点分开的话，这里面有很多区别。我想简单给大家看看它怎么分类，非地面 点包括树顶，它首先就是讲我在地面上面，假设我不可能有这么大的房子，是100米X100米，如果没有 这样的地面的话可能会选高。这是一个断面图，断面图红线是虚实面，白点是光的扫描点，不断扩充的过 程中间，由于房屋上面的高度不满足刚才讲的区别条件，扩展作为条件，根据角度，在扩展的过程中间如 果碰到房子的高度不满足条件，在这种情况下会净化成扩展，这里可以看到它慢慢的扩展完以后，大家可 以看到这时候它会把整个的连接去掉，这就是我们讲的点面滤波。到

7、目前为止激光扫描看起来很好，很漂 亮，但是在生产过程中间可能60%的工作量还在那边做人工编辑。这次我们江苏省用到基础测绘全省1： 1 万的数据模型，包括我听说河南省、山西省都在做全省的扫描。这是从化市做全市LiDAR的扫描，不仅仅 用在工程上面，包括三维建模，特别值得一提的我觉得激光扫描有一个非常重要的另外的优点，也就是它 不排水，最新的激光扫描，如果说红外波段机关扫描不可能穿透水面，蓝绿波有可能穿过水体，可以知道 海底的地形，这是摄影测量无法达到的。当然我们也谈到它有它的特点，它的平面精度低于高程精度。第二个讲一下摄影测量，应该说它是涉及两个问题，一个是它的影像和物体，几何关系，这两个关系大

8、家 知道少量的对应关系可以确定方位元素，可以确定密集点，可以进行测绘、三维建模，目前来讲这个问题 摄影测量，很快有篇文章会谈到，非常现实，很容易做到的。更多的问题可能是智能化的问题，比如说激 光扫描你划出来的等高线，那对不起完全不能用，所以智能化的问题可能是会提到的。摄影机这几年有很 大的发展，包括传统行业的发展，还有高性能计算的发展，还有多CPU、GPU、多核的发展。因为LiDAR 是一个基础，一个基础大层面度，不需要成本，第二个纠正非常好，第三个就是多线匹配，第四个谈到的 就是GPU，使得比较复杂的软件变得非常实际，而会对LiDAR的销售产生一定的影响。我给大家演示一 下，让大家看一下单C

9、PU、单核统计，（PPT演示）在这个地方我们可以看到在讲话过程中间已经30几万的 点已经匹配完，平均每秒一万一千，我们学生还可以做研究，还可以做论文，还可以讨论这些问题，应该 了解现在国际上的发展方向。匹配完以后一共匹配了 99万4000多个点，也就是匹配了我讲话的这么长时 间。所以我们可以看到很多问题，什么问题呢?就是内存和磁盘交换包括GPU，激光扫描给人所产生的东 西，所以我们就可以看出来它的显示结果，这个图片就是我刚才自动生成的点，这不是激光扫描的东西， 而是摄影测量。现在我就谈以下摄影测量的变化，现在如果把点云分类的技术应用到摄影里面来，就可能 产生智能的分割。第三个问题就是摄影成像智能化的问题。这个照片拼完以后我们可以看只有拼接线是顺着街区走。最 后我介绍一下什么是LiDAR，要解决的问题就是首先要解决两者之间的数据。目前来讲LiDAR的数据大 家可能知道LAS格式，这是LAS层面的，这是DPL层面的，LAS文件和DPL文件差了三倍，但是DPL 几乎不消耗内存。第二个问题是测图，我们新的测图应该是正的影像而不是立体影像。最后我想讲的问题就是激光扫描所产生的点云，我们说两者结合不是受到排挤，也不是说我们摄影测量产 生的点云不要，第二个问题就是激光扫描相机所产生的影像，也就是它在结构线，如果和激光扫描结合起 来，速度可能快到一倍到两倍，激光点云要打到目标点上，但是影像本身就