摄影测量与激光雷达的分析与比较

庄启智

河海大学地球科学与工程学院



摄影测量与激光雷达的分析与比较

庄启智

河海大学地球科学与工程学院

摄影测量，顾名思义，就是采用摄影的方法进行测量工作的一门学科。激光雷达虽然价格高昂，但是采集速度快，效果较好，数据量大，近几年也被广泛的采用。摄影测量与激光雷达的目的都是为了获取物体属性及其他信息。

摄影测量 激光雷达 获取信息

1　引言

摄影测量学是利用摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。其主要任务包括测制不同比例尺的地形图和专题图、建立地形数据库、为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据以及数字城市建设。而且摄影测量记录的目标逼真、客观、丰富，在测量作业中无需接触目标本身，在测量过程中“可动可静”，即可以测量动态目标和复杂形态目标，测量信息可以永久保存并重复使用。

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。现在广泛采用的LiDAR（Light Detection and Ranging），简称为激光探测及测距系统，具有体积小、质量轻，低空探测性好，分辨率高等特点，但是价格较为昂贵，不过随着科技的进步，价格低廉的便携式激光测距仪正逐步发展。

接下来本文结构主要分为三部分，第一部分介绍传统摄影测量的定义与发展及分类，第二部分介绍激光雷达原理、分类及优缺点，第三部分主要对摄影测量和激光雷达二者相互进行分析与比较并进行总结。

2　摄影测量

2.1传统摄影测量

传统摄影测量是利用光学摄影集摄取相片，通过相片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置和相互关系的一门科学与技术。［2］获取被摄物体的信息主要包括：最直观的影像信息、物体的大小与特有属性信息、位置信息、不同被摄物体间的相互关系等等。

在摄影测量过程中，不需要接触被摄物体本身，所以很少受到自然和地理等客观条件的限制，而且可以根据左、右两张相片经过内业计算后获取物体的三维信息，从平面跨越到了立体层面。

2.2发展

自摄影测量发展至今，可以划分为模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量这三个阶段。模拟摄影测量主要以手工为主，机械为辅，在室内模拟摄影时的过程，恢复摄影时摄影机及相片的空间方位、姿态和相互关系，进行几何反转，在模型表面进行测量。解析摄影测量是由于计算机的发展而出现，但是受到计算机发展水平限制，初期价格昂贵，应用范围较小，但是能保证成果的高精度和可靠性。数字摄影测量是解析摄影测量的进一步发展，利用数字化影像在计算机中进行处理，研究目标几何与物理特性，获取数字和可视化产品。

2.3摄影测量分类

摄影测量可以根据不同的方式进行不同的分类。若按照摄影机平台位置的变化可以划分为：航天、航空、地面和水下摄影测量。若按照距离被摄物体距离的远近可以划分为航天、航空、地面、近景和显微摄影测量。按照成果用途可以分为地形与非地形摄影测量。

3　激光雷达

3.1原理

激光雷达系统包括激光器与接收系统。在测量过程中，激光器产生并对物体发射激光脉冲，接收器用来接收反射回来的脉冲，并准确记录脉冲自发射之时到接收时传播的时间，又因为光脉冲以光速传播，所以接收器会在另一个脉冲发射前收到前一个反射回的脉冲，而且可以测量定其传播距离。与此将激光器的高度及激光器角度记录，可以计算出被脉冲“打”到的点的精确位置X、Y、Z，激光束发射的频率很高，每秒钟可以发射几万个脉冲，所以可以获取较大数据量，形成点云数据。

3.2分类

激光雷达和无线电雷达原理几乎没有区别，其通常按照所用激光器、探测技术或雷达功能来分类。可用于雷达系统的激光器种类很多，其种类比较多，不在详述。根据探测技术可以分为为直接探测型和相干探测型两种，直接探测型类似于激光测距仪，相干探测型又有单稳和双稳两种类型。而按照不同功能，可以分为跟踪型、运动目标指示型、目标识别雷达、成像型雷达及振动传感型雷达。

3.3优缺点

激光雷达的优点很明显，具有分辨率高，隐蔽性好、抗有源干扰强，低空探测性好及体积小、质量轻等特点。但是其缺点仍然突出，比如受天气影响大，假如空气中浮尘等颗粒物较多，会对激光光束产生影响，同时其激光波束较窄，难以用于搜索目标。

4　分析与总结

将摄影测量与激光雷达二者相比较，不难发现，二者均采用不同的方式对物体的信息进行采集。摄影测量采用摄影的方式，对左、右两张相片进行分析可以获取物体的三维信息数据等。而激光雷达则采用激光光束对物体进行扫描的方式获取大量的三维信息与属性数据，从而进行三维建模与分析。

摄影测量与激光雷达这两种方法均可用于城市三维信息的采集与建设中，二者均成为地理信息系统技术中数据采集的重要手段，而地理信息系统是数据存储、管理、表达和应用的重要平台，这些技术的结合，给当代的测量与地理信息发展带来了强大的生命力。

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

［2］ 王佩军，徐亚明，《摄影测量学（测绘工程专业）》，武汉大学出版社，2015：1