摘要：机载激光扫描技术为测绘工作提供一种全新的高时空分辨率的空间信息数据采集手段，改变传统人工单点数据测量作业方式，变为连续自动数据获取，提高测绘精度和速度，使数据获取和处理朝着智能化和自动化发展。本文介绍机载激光扫描系统组成和工作原理，研究机载激光扫描技术作业流程和数据处理工作。同时结合多个测绘领域的工程实例对机载激光扫描技术应用进行探讨，以期为国土测绘工作提供技术借鉴和支撑。 1 前言
随着数字地球、数字城市、逆向工程、虚拟现实等新名词相继提出，各种三维空间信息获取工具和手段也在不断涌现。其中，三维激光扫描技术以高精度、非接触、速度快等特点而广泛应用。作为一种新型空间信息采集手段，能以点云的形式获取地形及复杂物体的三维模型，将其传输到电脑完成实景物体三维模型重建，同时点云数据还能依据不同需求进行多种后处理工作。该技术最重要的意义是实现物体数字化，将真实世界的三维立体信息转换为计算机可以识别的数字信号，实现了将模拟信息转换为数字信息的功能，有效解决了数字化信息采集的难题。
三维激光扫描技术被广泛应用在航空测量领域，即机载激光扫描技术。该技术以速度快、高精度、非接触、不受环境干扰等优点被广泛应用于大面积地形地物的测量测绘工作。相比传统测绘技术，节省大量时间、人力和资金成本，同时有效降低空间地理信息的获取难度，具有重要的实际意义，广泛应用于地形测量、数字城市、湖泊水域动态测绘与监测、地质灾害测绘与监测、矿山测量、电力测量等领域。
2 机载激光扫描系统及其工作原理
2.1 机载激光扫描系统组成
由空中测量平台、激光扫描系统、全球定位系统（GPS）、惯导系统（INS）和高清数码相机构成，以及其他附属硬件和数据处理软件。
空中测量平台是开展测绘作业的载体和操作平台，主要是一些飞行平台，如直升机或无人机等，用来搭建所需的各种软硬件设施。激光扫描仪是系统的核心组成部分，通常是由激光发射器接收器、惯性测量系统、时间测量装置、传动装置、微型计算机和软件等构成。惯性测量系统可以记录并导出传感器的空间位置和姿态数据，测定飞机的飞行状态，包括摇摆、倾斜、航向等参数。
图1 机载激光扫描系统
2.2 机载激光扫描工作原理
利用三维激光扫描仪采集系统至目标物的距离，同时由INS记录飞机的姿态信息，由GPS记录飞机的空间位置信息，再通过数据联合处理可得到目标物三维激光点云的空间位置数据。机载激光扫描系统工作原理图如图2所示。
图2 机载激光扫描原理图
（1）激光测距原理
由激光测距单元与机械扫描单元构成。按照测距的不同原理，常分为脉冲式和相位式测距。其本质都是求取信号在空间中的传播时间来计算目标物激光脚点到雷达发射参考点的距离，只是区别在于前者直接测定信号传播时间，后者则通过连续波相位差间接确定时间。
（2）激光扫描方式
一束激光脉冲信号一次只能往返记录一个点的距离值，但在实际工作中为连续采集大量目标物激光点云数据，除了激光测距仪，往往还要一种机械装置，通过设置扫描方式来实现。通常有镜面转动和纤维光学阵列两种，同时不同机械装置会产生不同的扫描方式，主要包括点式和条纹式两类。具体如图3所示。
图3 不同的激光扫描方式
3 机载激光扫描技术
3.1机载激光扫描作业流程
由飞行规划、数据采集、数据预处理和数据后处理四部分组成。
航线规划工作有：测区踏勘和规划，测区航线布设，针对具体项目的机载激光扫描系统的参数设计。数据采集工作有：点云数据采集，高清影像照片数据采集，机载GPS数据采集和IMU数据采集等。数据预处理工作有：机载激光扫描系统检校，POS解算，IE解算，多源数据融合，生成激光点云数据等。数据后处理工作有：点云拼接、去燥滤波处理，影像纠正，数字三维模型建立，DEM、DOM生产等其他应用。主要流程图4所示。
图4机载激光扫描作业流程
3.2 机载激光扫描数据处理
机载扫描点云数据来源于各种不同的集成仪器，从狭义角度讲是指三维点云数据，广义角度讲主要包括载体位置、方向、距离值、时间、回波强度、光学影像等数据信息，处理这些数据时要同步提取和联合数据处理，再计算出最终目标物测量点云数据，数据处理流程大致如下图所示：
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