攝影測量與激光雷達的分析與比較

莊啟智

河海大學地球科學與工程學院

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攝影測量與激光雷達的分析與比較

莊啟智

河海大學地球科學與工程學院

攝影測量，顧名思義，就是采用攝影的方法進行測量工作的一門學科。激光雷達雖然價格高昂，但是采集速度快，效果較好，數據量大，近幾年也被廣泛的采用。攝影測量與激光雷達的目的都是為了獲取物體屬性及其他信息。

攝影測量 激光雷達 獲取信息

1　引言

攝影測量學是利用攝影機獲取的像片，經過處理以獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關系的一門學科。其主要任務包括測制不同比例尺的地形圖和專題圖、建立地形數據庫、為各種地理信息系統和土地信息系統提供基礎數據以及數字城市建設。而且攝影測量記錄的目標逼真、客觀、豐富，在測量作業中無需接觸目標本身，在測量過程中“可動可靜”，即可以測量動態目標和復雜形態目標，測量信息可以永久保存并重復使用。

激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達。現在廣泛采用的LiDAR（Light Detection and Ranging），簡稱為激光探測及測距系統，具有體積小、質量輕，低空探測性好，分辨率高等特點，但是價格較為昂貴，不過隨著科技的進步，價格低廉的便攜式激光測距儀正逐步發展。

接下來本文結構主要分為三部分，第一部分介紹傳統攝影測量的定義與發展及分類，第二部分介紹激光雷達原理、分類及優缺點，第三部分主要對攝影測量和激光雷達二者相互進行分析與比較并進行總結。

2　攝影測量

2.1傳統攝影測量

傳統攝影測量是利用光學攝影集攝取相片，通過相片來研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置和相互關系的一門科學與技術。［2］獲取被攝物體的信息主要包括：最直觀的影像信息、物體的大小與特有屬性信息、位置信息、不同被攝物體間的相互關系等等。

在攝影測量過程中，不需要接觸被攝物體本身，所以很少受到自然和地理等客觀條件的限制，而且可以根據左、右兩張相片經過內業計算后獲取物體的三維信息，從平面跨越到了立體層面。

2.2發展

自攝影測量發展至今，可以劃分為模擬攝影測量、解析攝影測量、數字攝影測量這三個階段。模擬攝影測量主要以手工為主，機械為輔，在室內模擬攝影時的過程，恢復攝影時攝影機及相片的空間方位、姿態和相互關系，進行幾何反轉，在模型表面進行測量。解析攝影測量是由于計算機的發展而出現，但是受到計算機發展水平限制，初期價格昂貴，應用范圍較小，但是能保證成果的高精度和可靠性。數字攝影測量是解析攝影測量的進一步發展，利用數字化影像在計算機中進行處理，研究目標幾何與物理特性，獲取數字和可視化產品。

2.3攝影測量分類

攝影測量可以根據不同的方式進行不同的分類。若按照攝影機平臺位置的變化可以劃分為：航天、航空、地面和水下攝影測量。若按照距離被攝物體距離的遠近可以劃分為航天、航空、地面、近景和顯微攝影測量。按照成果用途可以分為地形與非地形攝影測量。

3　激光雷達

3.1原理

激光雷達系統包括激光器與接收系統。在測量過程中，激光器產生并對物體發射激光脈沖，接收器用來接收反射回來的脈沖，并準確記錄脈沖自發射之時到接收時傳播的時間，又因為光脈沖以光速傳播，所以接收器會在另一個脈沖發射前收到前一個反射回的脈沖，而且可以測量定其傳播距離。與此將激光器的高度及激光器角度記錄，可以計算出被脈沖“打”到的點的精確位置X、Y、Z，激光束發射的頻率很高，每秒鐘可以發射幾萬個脈沖，所以可以獲取較大數據量，形成點云數據。

3.2分類

激光雷達和無線電雷達原理幾乎沒有區別，其通常按照所用激光器、探測技術或雷達功能來分類。可用于雷達系統的激光器種類很多，其種類比較多，不在詳述。根據探測技術可以分為為直接探測型和相干探測型兩種，直接探測型類似于激光測距儀，相干探測型又有單穩和雙穩兩種類型。而按照不同功能，可以分為跟蹤型、運動目標指示型、目標識別雷達、成像型雷達及振動傳感型雷達。

3.3優缺點

激光雷達的優點很明顯，具有分辨率高，隱蔽性好、抗有源干擾強，低空探測性好及體積小、質量輕等特點。但是其缺點仍然突出，比如受天氣影響大，假如空氣中浮塵等顆粒物較多，會對激光光束產生影響，同時其激光波束較窄，難以用于搜索目標。

4　分析與總結

將攝影測量與激光雷達二者相比較，不難發現，二者均采用不同的方式對物體的信息進行采集。攝影測量采用攝影的方式，對左、右兩張相片進行分析可以獲取物體的三維信息數據等。而激光雷達則采用激光光束對物體進行掃描的方式獲取大量的三維信息與屬性數據，從而進行三維建模與分析。

攝影測量與激光雷達這兩種方法均可用于城市三維信息的采集與建設中，二者均成為地理信息系統技術中數據采集的重要手段，而地理信息系統是數據存儲、管理、表達和應用的重要平臺，這些技術的結合，給當代的測量與地理信息發展帶來了強大的生命力。

［1］ http：//baike.so.com/doc/5799221-6012018.html

［2］ 王佩軍，徐亞明，《攝影測量學（測繪工程專業）》，武漢大學出版社，2015：1