机载lidar数据获取技术规范培训课件.ppt

1、中 华 人 民 共 和 国 行业 标 准 机载激光雷达数据获取技术规范 培训会 2012.06.29 CH/T XXXXXXXXX 标准编写组 一、一般说明 二、编制原则 三、重点说明 四、内容 目录 一、编制过程一般说明?2009年3月提出标准制定计划、批准立项；?2009年5月成立标准编制课题组；?2010年3月完成讨论稿；?2010年7月完成征求意见稿，发函征求意见；?2010年9月汇总返回意见，修改征求意见稿；?2010年11月完成送审稿?2011年2月25日完成审查 一、编制过程一般说明?本标准起草单位：陕西测绘地理信息局、长安大学、武汉大学、北京东方道迩信息技术有限责任公司、南京市

2、测绘勘察研究院有限公司、中国公路工程咨询集团有限公司。?征求意见的单位很多，包括部分省测绘地理信息局、省国土厅、中交/中铁/中咨测绘部门、海军测绘研究所、以及多个装备机载LiDAR设备并具有大量实际使用经验的公司。收到征求意见稿后，回函的单位数：11个 收到征求意见稿后，回函并有建议或意见的单位数：10个 共74条意见，未采纳 16条，采纳43条，部分采纳15条。二、编制原则?科学性与系统性?先进性与继承性?通用性与基础性?实用性与灵活性 三、重点说明?范围范围 本规范适用于基础测绘生产作业或基础地理信息成果数字高程模型数据的生产作业。由于机载激光雷达测量技术应用在各类工程测量中的精度要求较为

3、多样化、专业化、差异性大，且多数高于基础测绘生产的精度要求，故本规范以基础测绘为标准适用对象，其他性质的测绘工程可以参照本规范，根据工程项目的具体情况，取更高的精度要求。三、重点说明?规范性引用文件规范性引用文件 本规范所引用的文件，相关部分构成了本规范的一部分。GB/T XXXX数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影和 GB/T XXXX惯导与全球定位系统（IMU/GPS）辅助航空摄影技术规范已形成送审稿，GB/T XXXX 惯性测量单元（IMU）检定规程已完成征求意见稿。三、重点说明?点云密度要求点云密度要求 点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理论依据是shann

4、on采样定理，即当采样间隔能使在函数g（x）中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内插数字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。为使用方便，表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计算，2.5m的数字高程模型格网间距按2m计算。三、重点说明?点云精度要求点云精度要求 表1中数字高程模型成果高程中误差取自CH/T 9008.2-2010基础地理信息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字高程模型和CH/T 9009.2-2010基础地理信息数字成果1:5000 1:10000 1:25000 1:50000 1:100000数字

5、高程模型规定的一级精度。点云数据高程中误差按数字高程模型成果高程中误差的0.7倍计算后近似取为0.5的整倍数。0.7倍的依据按以下推得：设数字高程模型成果高程中误差为M，其误差源自点云数据高程中误差M1和内插中误差M2，由误差传播公式得M=，考虑到M2一般较小，最大也不会超过M1，则取M2=M1，得到M=M1，则M1=M0.7M。2221MM?222三、重点说明?对机载数字影像的要求对机载数字影像的要求 机载激光雷达系统可以通过数字航摄仪或非量测型数码相机获取数字影像。GB/T XXXX数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影规定了数字航摄仪数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。CH/

6、Z 3005低空数字航空摄影规范规定了非量测型数码相机数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。本规范不再重复规定，直接引用这两个标准。三、重点说明?POS 系统系统 规定IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角一般不大于0.007；航偏角不大于0.02。在征求意见稿中规定，侧滚角和俯仰角一般不大于0.005，根据生产单位反馈的意见，当侧滚角和俯仰角不大于0.008时，就能得到比较理想的结果，综合考虑后，改为现在的指标。三、重点说明?系统综合检系统综合检 系统综合检校主要是确定POS系统与激光扫描仪、数码相机之间的位置和角度关系。三、重点说明?机载激光雷达检校场及检校飞行方案机载激光雷达检校场及检校飞

7、行方案 检校场，是对机载激光雷达设备的整体进行检校，其中包括激光扫描仪、POS系统、数码相机及其附属装备。因为不同的机载激光雷达设备内部结构差异较大，各厂家所设计或推荐的检校飞行方案、地面控制点布设方案也会有所不同，本规范给出原则性意见即可，不必提出太详细的具体要求，故检校飞行方案为推荐方案，可根据实际情况和不同的机载激光雷达设备在设计书中具体明确。四、内容 1、范围 2、规范性引用文件 3、术语和定义 4、总则 5、技术准备 6、飞行计划 7、飞行实施 8、数据预处理 9、数据质量检查 10、成果整理与上交 1、范围 2、规范性引用文件 3.术语?术语的数量和选择?一些通用的术语，例如POS

8、、GPS、IMU等没有列于?具体定义有可能与其他地方有差异?机载激光雷达、机载LiDAR、机载激光扫描 4.总则?总则内容和范围的选择?通用的原则性的内容没有列于，例如坐标基准。4.总则?点云密度 点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理论依shannon 采样定理，即当采样间隔能使在函数g（x）中存在的最高频率中每周期 取有两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内 插数字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。为使用方便，表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计算，2.5m的数字高程模型格 网间距按2m计算。4.总则?点云密度 以1米格网间距为基准：点

9、云密度为4，表示每半米1个点。假设平均穿透率为50%，则一个格网内有一个点。依次类 推，0.5米格网DEM则应在1米格网DEM对点云密度的基础上 乘4，点云密度为16；2米格网DEM，则应除以4，点云密度 为1；5米格网DEM，4除以16，为0.25。4.总则?点云精度要求 表1中数字高程模型成果高程中误差取自CH/T 9008.2-2010基础地理信息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字高程模型和CH/T 9009.2-2010基础地理信息数字成果1:5000 1:10000 1:25000 1:50000 1:100000数字高程模型规定的一级精度。点云数据高程中误差按数

10、字高程模型成果高程中误差的0.7倍计算后近似取为0.5的整倍数。0.7倍的依据按以下推得：设数字高程模型成果高程中误差为M，其误差源自点云数据高程中误差M1和内插中误差M2，由误差传播公式得M=，考虑到M2一般较小，最大也不会超过M1，则取M2=M1，得到M=M1，则M1=M0.7M。2221MM?2224.总则 序号 比例尺 地形类别 数字高程模型成果高程中误差 点云数据高程中误差 1 1：500 平地 0.2 0.15 丘陵地 0.4 0.25 山地 0.5 0.35 高山地 0.7 0.50 2 1：1000 平地 0.2 0.15 丘陵地 0.5 0.35 山地 0.7 0.50 高山

11、地 1.5 1.00 3 1：2000 平地 0.4 0.25 丘陵地 0.5 0.35 山地 1.2 0.85 高山地 1.5 1.00 4 1：5000 平地 0.5 0.35 丘陵地 1.2 0.85 山地 2.5 1.75 高山地 4.0 2.80 5 1：10 000 平地 0.5 0.35 丘陵地 1.2 0.85 山地 2.5 1.75 高山地 5.0 3.50 4.总则?对数字影像的要求 数字航摄仪获取的数字影像，飞行质量和影像质量应符合GB/T XXXX数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影的规定；非量测型数码相机获取的数字影像，飞行质量和影像质量应符合CH/Z 300

12、5的规定。5.技术准备?资料准备?仪器设备?激光扫描仪?POS系统?地面GPS接收机?数码相机?系统综合检校?机载激光雷达检校场及检校飞行方案?技术设计 5.技术准备：仪器设备?激光扫描仪?根据作业区域的地形条件，以及成果对点云数据密度及精度的要求，选择适宜的激光扫描仪，并确定回波次数、扫描角度、扫描频率等相关参数；?激光测距精度和扫描测角精度经过检校；?系统零点位置经过检校。?POS系统?应采用双频航空型GPS接收机，具备高动态、高准确度双频数据接收能力，具有精确定义和稳定的相位中心，采样频率不低于2Hz；?IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角不大于0.005；航偏角不大于0.02；?IMU记

13、录频率一般不低于64Hz；?具有信号示标输入器（Event Marker）接口，能够将数码相机快门开启脉冲通过接口准确写入GPS数据流，脉冲延迟一般不大于1ms，特殊情况下可适当放宽；?电源系统应满足长时间无间断作业要求；?机内移动存储器应满足长时间记录和存储所有数据的容量；?GPS接收机的检定应符合CH/T 8016的的规定，IMU的检定应符合GB/T XXXX 惯性测量单元（IMU）检定规程的规定；?系统具有良好的抗加速能力。5.技术准备：仪器设备?地面GPS接收机?地面GPS接收机应与机载GPS接收机性能匹配；?类型应为双频GPS接收机，满足高频采样率要求，采样频率不低于2Hz；?具有带

14、抑径板或抑径圈的GPS接收天线，并具有良好的抗干扰能力；?电源应能满足长时间不间断工作；?配备能满足满架次飞行作业所需地面观测数据存储要求的存储器；?GPS接收机的检定应符合CH/T 8016的的规定。5.技术准备：仪器设备?数码相机?数字航摄仪应符合 GB/T XXXX数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影的规定，其检定应符合 CH/T 8021的规定；非量测型数码相机及其检校应符合 CH/Z 3005的规定。5.技术准备：仪器设备?系统综合检校?组成机载激光雷达系统的激光扫描仪、POS系统、数码相机等设备必须处于良好的工作状态，具有仪器设备检验合格证书，检验合格证书应在有效期内；?P

15、OS系统与激光扫描仪、数码相机之间的位置和角度关系，在每个项目实施前均需进行系统综合检校，偏心分量值可参照附录 A填写测量结果。5.技术准备：仪器设备?机载激光雷达检校场及检校飞行方案?机载激光雷达检校场的要求机载激光雷达检校场的要求?可以采用的检校飞行方案可以采用的检校飞行方案?检校场地面控制点布设及测量要求检校场地面控制点布设及测量要求?检校报告应包括的内容检校报告应包括的内容 5.技术准备：仪器设备 技术设计应包含以下主要内容：?飞行计划，如制定飞行计划、选择飞行季节和时间、设计航线和分区、制定地面基站布设方案等；?飞行实施，如飞行准备、检校飞行、飞行中航高要求、飞行速度要求、飞行姿态要

16、求以及补飞和重飞的要求等；?地面基站的设计，如基站选址要求、基站布设要求等；?数据预处理，如对原始数据的整理、POS数据处理、点云数据解算以及航带拼接提出要求；?数据质量检查，如检查范围、检查项目、补飞和重飞的具体要求等；?成果提交，如成果数据的提交方法、提交内容等。?技术设计应满足本规范规定的各项技术要求，特殊情况不能达到时应明确说明原因，并通过项目组织管理部门的审核批准；?技术设计的编写要求及主要内容应符合CH/T1004的规定。5.技术准备：技术设计?飞行计划制定?飞行季节和飞行时间选择?航线设计与分区?基站布设与测量 6.飞行计划 （1）对于机载激光雷达点云数据获取?飞机、机场、飞行区

17、域和飞行面积（飞行范围应以经纬度和图幅号略图表明）；?需要提供的飞行资料的名称和数量；?执行飞行任务的季节和期限；?GPS信号和有效卫星数要求；?机载激光雷达点云数据密度要求；?航线敷设、航线重叠度；?机载激光雷达设备类型、技术参数和附属仪器参数；?需提供的航摄成果的名称和数量；?点云数据高程/平面精度的要求；?点云数据精度检测要求；?其他相关的技术要求等。6.飞行计划:飞行计划制定（2）对于数字影像获取?数码相机类型、技术参数和附属仪器参数；?影像分辨率的要求；?影像航向、旁向重叠度的要求；?摄影质量的要求；?其他相关的技术要求等。6.飞行计划:飞行计划制定?应选择气象条件最有利的飞行季节；

18、选择地面无积雪、地面植被稀疏和树木落叶的季节，同时应考虑云高、云量、可见度等因素;?应根据机载激光雷达所采用的激光扫描仪的波长选择合适的飞行时间，同时考虑GPS信号强度和卫星数量的要求等因素；如果同时需要获取数字影像，还应选择有利于影像获取的航摄飞行时间。6.飞行计划:飞行季节和飞行时间选择?航线敷设和划分分区时，应根据 IMU误差积累的指标确定每条航线的直线飞行时间；?飞行高度的确定应综合考虑点云密度和精度要求、激光有效距离及飞行安全的要求，同时应考虑激光对人眼的安全性要求；?分区应基于激光有效距离及地形起伏等情况进行设计，应考虑基站布设情况以及测区跨带等问题；?航线旁向重叠设计应达到 20

19、%，最少为13%，应保证飞行倾斜姿态变化较大情况下不产生数据覆盖漏洞，在丘陵山地地区，设计时应适当加大航线旁向重叠度；航向起始和结束应超出半幅图幅范围，旁向应超出半幅图幅范围；超出部分不小于500m，不大于2000m；?在满足成果数据的技术要求和精度要求的前提下，在同一分区内各航线可以采用不同的相对航高；?航线一般应按照东西或者南北直线飞行，特殊任务情况下，则应按照公路、河流、海岸线、境界等走向飞行，项目执行时可以按照飞行区域的面积、形状，并考虑到安全和经济性等实际情况选择飞行方向；?每个测区应至少设计一条构架航线，航高保持一致；?如需基础地理信息数据数字正射影像图的生产制作，在满足点云数据精

20、度要求的前提下，还应符合 GB/T XXXX 数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影的规定。6.飞行计划:航线设计与分区?基站的布设和测量应符合 GB/T XXXX IMU/GPS辅助航空摄影技术规范的规定。6.飞行计划:基站布设与测量?飞行准备?检校飞行?航高保持?飞行速度?行过程中姿态?补飞与重飞?其他注意事项 7.飞行实施?飞机停机位四周视野开阔，视场内障碍物的高度角应不大于20，避免 GPS 信号接收失锁；?机载设备在起飞前进行加电检测，在起飞前 5分钟开机，落地后滑行到停机坪后 5分钟关机；?所有基站应在飞行前进入观测状态，完成电源、存储系统等检查，做好观测准备；所有基站在测

21、量过程中应连续测量；?准备好第二套飞行方案，以备由于客观原因导致飞行困难。7.飞行实施：飞行准备?机载激光雷达设备每次拆卸安装或设备各部件相对关系发生改变后，均应重新进行检校飞行；?多架次飞行后，可以根据数据质量情况进行重新检校；?检校飞行条件：卫星数量大于10颗，高度角大于15，并应选择好的观测时段，PDOP小于4；?每个项目起始段和结束段均宜通过检校场。7.飞行实施：检校飞行?在一条航线内航高变化不应超过相对航高的5%-10%；?实际航高变化不应超过设计航高的5%-10%。7.飞行实施：航高保持?飞行速度应根据机载激光雷达在不同航高和不同激光光线强度等情况下的标称精度、项目对精度的要求、地

22、形起伏情况、激光频率、系统的最大瞬时视场角IFOV，以及载体的性能等参数确定；?整个作业区域内，飞行速度尽可能应保持一致；?在一条航线内，飞机上升、下降速度变化不大于 10m/s。7.飞行实施：飞行速度?航线俯仰角、侧翻角一般不大于2，最大不超过4；?飞机转弯时，坡度不大于15，最大不超过22；?航线弯曲度不大于3%；?需要时，为避免IMU误差积累，每次进入测区前，飞机应先平飞3-5分钟，再做个“8”字形飞行；当次飞行结束后，飞机应先做“8”字形飞行后平飞3-5分钟。7.飞行实施：飞行过程中的姿态?POS系统局部数据记录缺失时，要补飞或重飞；?根据各个设备评价指标检查是否满足要求，并决定是否补

23、飞或重飞；?原始数据质量存在局部缺陷，影响点云的精度或密度时，要补飞或重飞；?补飞或重飞航线的两端一般应超出补飞范围外半幅图，超出部分不小于 500m，不大于2000m，并应满足与原航线的旁向与航向重叠要求。7.飞行实施：补飞与重飞?为确保设备安全，应待飞机发动机启动，电压稳定后，方可通电使用相关设备；?飞行过程中应及时观察系统工作情况，重点观察下列现象，根据实际情况及时处理出现的问题：?GPS/IMU信号状况；?回波接收状况；?数据质量状况；?实时天气状况。?飞机降落滑行至飞机停机位停稳后，应等候 5分钟，保证 IMU及 GPS 数据记录完整，待机载激光雷达设备电源关闭后，方可关闭飞机电源；

24、?飞行记录格式参见附录 B。7.飞行实施：其他?对原始数据进行解码，获取 GPS数据、IMU数据、激光测距数据等。将同一架次的GPS数据、IMU数据、地面基站观测数据、飞行记录数据、基站控制点数据和激光测距数据等进行整理，生成满足要求的点云数据。8.数据预处理(1)POS数据处理(2)检校数据的应用 系统各个部件的检校场或室内检校数据主要用于改正飞行过程的系统误差、航带偏移等。将系统部件之间的偏心角、偏心分量数据，通过整体平差的方法解算出定向定位参数，改正航带平面和高程漂移系统误差，解算影像外方位元素。8.数据预处理 (3)点云数据解算?联合POS数据和激光测距数据，附加系统检校数据，进行点云

25、数据解算，生成三维点云；?点云数据可采用LAS格式、ASCII码格式或其他格式存储。8.数据预处理(4)航带拼接和系统误差改正 航带拼接时，不同航带间（含同架次和不同架次）点云数据同名点平面位置中误差应小于平均点云间距的1倍，高程中误差应小于表2规定中误差的1倍。如果中误差超限且存在系统误差，应采取布设地面控制点的方式进行系统误差改正，小于限差后，再进行航带拼接。8.数据预处理(5)精度检查 预处理完成后，应采用控制点检查的方式检查点云数据的精度，编写点云数据精度检查报告。8.数据预处理 9.质量控制?质量控制内容?检查验收 9.质量控制：内容（1）数据文件?地面基站原始数据检查和备份：检查各

26、地面基站记录的原始数据是否存在异常，分析该数据是否可用；?POS数据检查和备份：下载POS原始数据并存储，检查分析数据记录编号完整性；?点云数据检查和备份：下载点云原始数据并存储，检查文件记录编号完整性；?影像数据检查和备份：下载影像原始数据并存储，检查影像编号文件记录完整性和影像画面质量。9.质量控制：内容（2）POS数据 POS数据质量控制内容如下：?偏心分量测定精度是否满足要求；?GPS信号有无失锁，卫星数量是否满足要求；?时间信号有无重复或者丢失；?IMU数据是否正常和连续；?IMU/GPS数据处理精度是否满足要求。9.质量控制：内容（3）地面GPS基站数据 地面GPS基站数据质量控制

27、内容如下：?采用预报星历，并应保证 95%以上的有效观测的高度角大于10；测距观测质量MP1和MP2小于0.5m；钟的日频稳定性不低于 10-8；?采集时段与飞行时段吻合，并且采集频率满足要求。9.质量控制：内容（4）点云数据 点云数据质量控制如下：?航带重叠满足要求，无绝对漏洞；?点云数据覆盖范围满足要求；?同架次航带间和不同架次航带间的接边误差满足要求；?点云数据噪声情况；?点云数据密度满足要求；?点云数据精度满足要求。9.质量控制：内容（5）点云数据 影像数据质量控制如下：?影像片数统计，是否漏拍；?影像是否覆盖整个测区，是否有漏洞；?影像数据重叠度是否与设计一致；?影像画面质量，包括色

28、调、阴影及有云等情况。9.质量控制：内容（6）检查验收 各成果的质量检查与验收应符合 GB/T 24356的规定。按照本标准规定的技术要求和技术指标对测区范围、飞行质量、数据质量和影像质量进行检查。对 POS处理过程和处理结果进行结果分析、质量检查和评价分析。10.相关文件制作相关文件制作?根据技术设计的要求填写图历簿，以点云数据为单位填写，主要内容包括飞行基本情况、原始点云数据基本情况、数据获取以及预处理中出现的问题、处理方法、过程质量检查、质量评价等。图历簿内容应完整正确。?按CH/T 1001要求编写技术总结。11.成果整理与上交 原始记录材料保存原件一份；文档资料分别保存纸质和电子（包括光盘或其他移动介质）各一份；数据资料进行硬盘分类存档。成果上交的目录和文件组织由技术设计书明确规定。?成果清单；?设备检校相关资料；?原始POS数据、激光测距数据、原始地面基站观测数据、飞行记录数据及地面基站参数记录资料等；?点云数据、图历簿；?点云数据精度检查报告；?技术设计书；?技术总结；?检查报告与验收报告；?如果制作数字正射影像图成果，应提供原始数字影像数据、影像外方位元素等；?其他相关资料。