激光雷达测量原理与误差分析
激光雷达测量原理与误差分析
摘要：如今的测量工具，像全站仪和GPS接受机在测绘中的效率都较传统的仪器而言提高了许多，通过国内外的研究和应用显示激光雷达测量技术为测绘领域提供了先进的手段和方法。激光雷达测量技术在各个领域的应用已经有几年的时间，它最大的优点就是突破了传统单点测量的数据采集处理方法，同时又不像GPS技术需要卫星的支持，为测绘领域提供了一条新的研究方向。同时，我们还要看到作为新技术，激光雷达测量还不成熟，还需进行很多深入研究才能更好的把这一技术应用到各个领域。而且，国家一直都没有颁布激光雷达测量技术的国家标准，这使得当我们将激光雷达测量技术应用到工程领域的时候也会产生困惑。虽然有这些不足，但不难看出激光雷达测量技术的应用前景十分广阔。
*水利部“948”项目（201219）
关键词：激光雷达；测量原理；误差
引言
激光雷达测量技术以模块化的空间信息数据采集手段取代了传统的单点空间信息采集方式。其优点非常明显，如快速、精确、无接触式测量等。但是相比传统方式，它也有一些缺陷，如扫描后的点云除噪，多站点云拼接，三维建模等，大量的数据处理工作需要在后期来完成。新的数据采集和处理方式也带来了新的误差源。本文简述激光雷达测量基本原理后，相应的介绍其误差源并分析其影响及一些初步控制措施。
一、激光雷达测量技术的工作原理
现在，主流的激光雷达测量主要有两种测距方式，脉冲式测距和相位式测距。脉冲式测距是通过测量激光在仪器到目标物体来回传送的时间来确定激光雷达测量仪到物体间的距离，原理非常简单，目前，市面上比较完整的地面激光雷达测量系统主要包括，激光扫描系统、激光测距系统、集成的CCD摄像机和仪器内部控制与校正系统。相位式测距的工作原理类似于GPS的载波相位测距，通过测定调制在激光束上的调整光的波长的相位延迟，利用波长和相位差来间接计算出仪器与反射物体之间的距离。
激光雷达测量仪不仅仅是测量仪器到物体之间的距离，还要通过仪器内部的轴系系统得到仪器与目标物体的相对位置关系，从而利用已知的仪器坐标得到未知的物体空间位置信息。
激光雷达测量仪还有一个非常重要的部分就是集成在仪器内部的CCD摄像机。由于激光雷达测量仪获取到的三维点云数据是由成千上万个空间点组成的，这些大量的点位数据如果没有相应的影像数据作为支持，后期处理起来就非常麻烦。集成在激光雷达测量仪内部的CCD摄像机在激光雷达测量仪进行空间扫描的同时就不断的记录空间影像。这些影像对于点云数据的后期处理、除噪、拼接