【科普】选择激光雷达还是摄影测量？你需要知道这些

测绘技术的发展促进了我国测绘地理信息事业的不断提升，以往的测绘技术面对广阔、复杂的地形地貌会存在很多缺陷，给测绘工作带来很大不便。同时我国城市化进程快速推进，城市三维模型逐步成为城市空间数据框架的重要内容。
航空摄影测量一直是我国基本地图成图的主要方式，由于其制图速度快，精度高且均匀，是我们今后数字制图的一个重要发展方向。而倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域，近年发展起来的一项高新技术，利用照片进行三维重建成为一项关键性的技术。
测绘应用中另一项技术在近几年也越发地成熟，那就是机载激光雷达技术，近年来机载激光雷达技术已渐渐应用到工程测量中，并在某些应急测绘场景中发挥着突出的作用。机载激光雷达技术与摄影测量技术原理不同，各有其优点缺点。面对不同测绘项目的成果需求是选择激光雷达还是摄影测量？

01从二维到实景三维的摄影测量

从1839年尼普斯和达意尔发明摄影术算起，摄影测量已有170多年的历史。最初的摄影测量仅限于处理地面的正直摄影，1903年莱特兄弟发明飞机后，才使航空摄影测量成为可能。由于航空摄影可快速获得大面积地区的像片，使得航空摄影测量成为20世纪以来大面积测制地形图的最有效方法。

经过一个多世纪的发展，摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。加上科技设备的进步，如今航空摄影测量已成为获取每年全国地理国情基础数据中很重要的一部分，并被应用到越来越多的领域里。

传统的摄影测量可以获取以下4种产品包括DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）。虽然被叫做4D产品，其特征属性还是二维的，而近些年发展起来的倾斜摄影技术，从不同的角度采集影像，生成真实的三维模型，将摄影测量应用从二维平面拉到更直观的三维实景。

同时摄影测量产业在近几年的飞速发展还和另一项技术的成熟有关，那就是无人机的出现，它的出现大大降低了测绘行业的准入门槛，不仅以其相较于大飞机极低的价格，更以其强大的适应性。回想5年前，航测无人机设备市面上就只有几款，我们还依赖国外的无人机设备，到现在已经是百花齐放。特别是18年6月，大疆精灵4 RTK的出现，其高精度和低操控难度，给行业内飞行和处理带来了极大的便利。

目前摄影测量数据的采集精度和成果精度都越来越高，特别体现在目前的1.5公分的倾斜模型可以做到5公分以内的误差，在几年前还是想都不敢想的。前段时候大疆刚刚发布了全画幅相机DJI P1其精度可达到免像控3公分平面精度，5公分高程精度，在效率方面更是达到了3km²的单架次作业面积，让我们从业者很是期待这款产品在大面积航测项目中的表现。

伴随着对精度的高要求，我们所要处理的数据也是成几何级数的增加。面对着现在的倾斜摄影项目动辄上百G甚至上T的原始数据，对我们的算力也提出了很高的要求。与用算力拼精度不同，有一种技术因其原理自带高精度光环，那就是激光雷达（LiDAR）技术。

02高精度测量利器：LIDAR技术

激光雷达是一种集激光扫描与定位定姿系统于一身的测量装备，激光雷达系统包括激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，就可以准确地计算出每一个地面光斑的三维坐标 X，Y，Z。

激光雷达相比于摄影测量是主动遥感，扫描激光由仪器自己发出，其激光有很强的穿透性，所以激光雷达可以适应不同的天气，并且可以在夜晚作业，这点是摄影测量无法做到的。

激光雷达获取的高精度点云数据测量精度高，应对输电线、桥梁铁索等细长的结构或工业厂区、信号塔复杂的结构都能很好地还原，适合做高精度地形测量与工程勘测、以及对精度要求很高的工程测量应用。

激光雷达具有穿透植被的能力，可以测量植被覆盖下的地形。一般的激光雷达处理软件都能通过自动或人工交互处理，把入射到植被、房屋、建筑物等非地形目标上的点云进行分类、滤波或去除，然后构建不规则三角网TIN，就可以快速提取 DEM。由于激光点密度大，数目多，使得生产高精度、高分辨率的 DEM 也成为可能，因此它是解决快速进行 DEM数据采集的最有效方法，其产品精度甚至可以满足多行业对高程的需求。

在特定的应用，如林业中，多次回波LIDAR可穿透植被冠层，提取植被信息，快速获取植被点云，从而分析得出树木的冠幅、生长密度、面积、蓄积量及生长趋势等，这个摄影测量系统很难做到。

03激光雷达还是摄影测量？

激光雷达技术数据处理相较于实景三维重建是更简单的，所获得的激光点云就是最终产品，前期飞行和后期使用可以做到无缝衔接，全天候实时生成点云，满足特殊应急测绘的要求，这是激光雷达的优势，但有限的处理带来的也是有限的效果，我们只能看到由点来构筑的结构，没法获得摄影测量带来的高拟真度的实景三维模型。

同时在将激光雷达带上无人机，但当扫描距离远了之后，点位的分辨率会变低（角分辨率），在这种情况下其高精度的优势可能就没有那么大了。还有一点就是激光扫描设备相对于摄影测量使用的相机，价格要贵很多，一般的公司想要买的话，都还会斟酌一下，考虑投入回报。近日，大疆也推出了新一代的机载激光雷达设备DJI L1，这款设备对激光雷达、测绘相机与高精度惯导做了高度集成，可通过点云与影像的融合进行目标模型的三维重建，在飞行高度为50m时，高程、平面精度分别可达到5cm、10cm以内，单架次作业面积2平方千米。目前似乎还没公布市场价格，不知道这次能不能给出“交个朋友”的友情价，可以期待一下。

摄影测量经过一个多世纪的发展，因为其原始数据是和人观测到的外部世界是一致的，正射成果和实景模型都是很真实直观的，这个特征让它有更广泛的应用。激光雷达技术出现较晚，但以其快速获取高精度目标位置信息的特点，现在也有越来越多平民化的应用。

关于摄影测量和机载激光雷达技术特点，我们简单做了以下总结：

	摄影测量	机载激光雷达技术
作业条件	晴好的白天	白天黑夜
数据类型	影像数据	点云数据
适合的作业场景	大面积航空摄影	小面积或小区域或特定地物
处理时间	时间长	时间短
还原精度	还原精度较高	小区域还原精度很高
还原效果	影像和三维实景真实直观	点云数据还原效果不直观
泛用性	4D产品和三维模型应用广泛	高精度特性在特定场景无可替代
市场价格	较便宜	设备较昂贵

04写在最后

总的来说，对比两种技术，摄影测量技术具有更广泛的应用，更成熟智能的软硬件体系；激光雷达技术虽然应用没有那么普遍，但在某些领域有其不可替代的作用。两者的技术也都在不断地更新与进步，关于两者结合使用，也有越来越成熟的解决方案出现。在这个领域，我们发现越来越多的技术创新，都是来自我们国内，在这种国家创新激励下，越来越多公司推出具有独创精神的产品，推动技术更新变革，以后的应用场景，或许会突破现在我们的想象。

-----END-----

社群交流 / 原创投稿 / 商务合作

（请添加下方小家微信：jiace03）

来源：GIS前沿 转自：中国测绘学会

推荐阅读

推荐关注

温馨提示：近期，微信公众号信息流改版。每个用户可以设置 常读订阅号，这些订阅号将以大卡片的形式展示。因此，如果不想错过“测绘之家”的文章，你一定要进行以下操作：进入“测绘之家”公众号 → 点击右上角的 ··· 菜单 → 选择「设为星标」

点分享

点点赞

点在看

↓↓↓点击下方“阅读原文”查看更多精彩内容...