LiDAR技术在地质环境中的主要应用与展望.pdf

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1、第22卷第1期地质力学学报V01．22Nnl2016年3月JOURNALOFGEOMECHANICSMar．2016文章编号：1006-6616(2016)O1-0093-11LiDAR技术在地质环境中的主要应用与展望马晓雪’，吴中海，李家存，(1．首都师范大学资源环境与旅游学院，北京100048；2．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；3．资源环境与地理信息系统北京市重点实验室．北京100048)摘要：介绍了LiDAR激光探测与测距系统的组成和基本原理．并对LiDAR技术在地质灾害、活动断裂、冰川及海岸线测绘等地质环

2、境领域的国内外应用现状与进展进行了系统分析和总结，对该技术的应用前景进行了展望。LiDAR系统集激光、GPS和惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)三种技术于一身，能够快速、精确地获取地面目标的三维空间信息。是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。LiDAR作为一种新型的遥感测量技术未来在自动、快速提取滑坡体、自动提取与断裂相关的微地貌结构信息、海岸带附近精细地物分类、海岸带调查以及潮间带生物多样性研究等方面具有很大的发展空间。关键词：LiDAR；地质环境；滑坡灾害监测；活动断裂；冰川及海

3、岸线测绘中图分类号：P627文献标识码：A随着空间数据应用领域的不断扩大，对获取空间数据的要求也越来越高。传统遥感技术获取的数据点密度低，且效率低、费用高、生产周期长，已不能满足当前对空间数据的需求。LiDAR(LightDetectionandRanging)发射的激光能部分地穿透树林的遮挡，直接获取高精度的地表三维地形数据，弥补了传统遥感技术和大地测量方法在高程数据获取及快速自动化处理方面的缺点和不足。LiDAR具有的高空间分辨率、强抗干扰能力以及高自动化等特点，使其不仅能够快速获取高程数据，而且在地形测绘、城市三维建模、环境

4、监测、工程建设、地球科学及行星科学等诸多领域具有极好的发展前景和很强的竞争力。近年来在滑坡1-51、活动断裂[“]、冰川[]和海岸线测绘_】引等地质环境领域得到了广泛的应用，并取得了一系列的成果与新进展。1LiDAR技术简介LiDAR系统主要包括4部分：①激光扫描仪(LiDAR的核心)，测量激光发射点与地面收稿日期：2015-07．30基金项目：中国地质调查局地质调查项目(1212011120163，12120114002101)；国家自然科学基金项目(41171009)；中国地质科学院地质力学研究所基本科研业务费项目(DZLXJ

5、K201410)作者简介：马晓雪(1991-)，女，硕士研究生，主要从事3S技术与地学应用研究。E-mail：534611080@qq．tom通讯作者：吴中海(1974一)，男，博士，研究员，主要从事第四纪地质和活动构造研究。E-mail：wzhh4488@sina．tom地质力学学报2016地激光脚点之间的距离；②动态差分GPS(DGPS)，记录瞬间激光和数码相机开启脉冲的时间并获取LiDAR的三维坐标；③激光测量单元(IMU)，测定激光扫描装置的主光轴的空间姿地定态参数；④数码相机，获取地面的地物地貌真彩或红外数字影像信息。根

6、据载荷平台的不固面氧同，LiDAR可以分为地面、车载、机载和星载4种类型。地面LiDAR发展最为成熟，相比于其他几种类型的LiDAR系统精度较高，平面精k度慨和垂删直精度可以达到毫米级甚至亚毫米级。车载、机载和星载LiDAR系统自2002年以后才开始从实验室逐步走向实际应用．但是它们的应用领域相当广泛。除了传统的测绘领域外，在地球科学中的应用也日益广泛和深、入⋯(见表1)。儿各；lj脚种一表1四种LiDAR系统的比较弓}Table1ComparisonoffourLiDARsystems林业产遗设；监查LiDAR类型搭载平台常见L

7、iDAR系统应用调领保域工测优势空间分辨率查；护；程测快速获取小型的零件、；市黼搴蕞地顾要再到大型的建筑、街cm‘级。道城市的三维信息文貌化建调车载汽车DLaserMapping；~舢幅进—系统蓁愁篓星载卫星lI．云cm,．LiDAR系统中的激光测距仪包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器发射一束离散的激光脉冲，打在地面物体上并反射回来被接收器接收。接收器能够准确地记录激光脉冲从发射到被接收所用的时间，且已知激光脉冲以光速传播，因此可以计算出激光器与地面点的距离。计算公式为：R=(C·t)／2(1)式中R为传感器到目标物体的

8、距离，c为光速，t为激光脉冲从发射到被接收所用时间。由DGPS获得的数据可以得到激光发射器的位置坐标，IMU可以得到飞行器的姿态参数，然后再结合激光器的高度和激光扫描的角度等数据就可以准确计算出每一个地面激光脚点的三维坐标。机载LiDAR系统组成和