激光雷达技术、数据和应用简介

介绍

光探测和测距（激光雷达）测绘是一种公认的生成关于地球形状和表面特征的精确和直接地理参考空间信息的方法。激光雷达测绘系统及其赋能技术的最新进展使科学家和测绘专业人员能够以比以往任何时候都更高的精度、精度和灵活性，在大范围内检查自然和建筑环境。过去五年中发布的几份国家报告强调了激光雷达数据的价值和迫切需要。国家增强高程评估（NEEA）调查了200多个联邦、州、地方、部落和非政府组织，以更好地了解他们如何使用增强高程数据，如激光雷达数据。

由此产生的400多项功能活动被分为27个预定义的业务用途，用于汇总和效益成本分析（NDEP，2012）。其中一些活动将在本文档的应用程序部分进行更详细的描述。为了对激光雷达数据的采购、处理和应用做出合理的决策，必须了解许多考虑因素和权衡。本文件提供了介绍性和概述性信息，以及深入的技术信息，以支持激光雷达项目所有阶段的决策。虽然这里提供的信息并不全面，但它涵盖了沿海管理界最常见的讨论主题——技术的各个方面。

图2-1. 机载激光雷达执行线扫描的示意图，导致测量点的平行线（存在其他扫描模式，但这种模式相当常见）

什么是激光雷达？

概述

激光雷达已成为收集景观、浅水区和项目现场非常密集和准确的高程数据的既定方法。这种主动遥感技术类似于雷达，但使用激光脉冲而不是无线电波。激光雷达通常是从飞机上“飞行”或收集的，它可以在大面积上快速收集点（图2-1）。激光雷达也从地面固定和移动平台上收集。这些采集技术在测量和工程界很受欢迎，因为它们能够产生极高的精度和点密度，从而能够开发铁路、道路、桥梁、建筑、防波堤和其他海岸线结构的精确、逼真的三维表示。与大多数其他技术相比，使用激光雷达收集高程数据具有几个优势。

图2-2. 激光雷达点和面产品

图2-3. 从一辆车（左）和一艘船（右）上采集的移动激光雷达（图片由桑伯恩和富格罗提供）

图2-3. 飞机激光雷达基本数据采集示意图（杰珊，普渡大学）

图2-4. 单个脉冲多次返回

图2-5. 激光雷达衍生的泛滥平原用于划定洪水边界，与之前绘制的联邦紧急事务管理局（FEMA）洪水区边界形成对比（由北卡罗来纳州洪水测绘项目的John Dorman提供）

图2-6. 从激光雷达收集的树冠信息（H=高度，CW=树冠宽度，S=间距）（由密西西比州立大学提供）

图2-7. 美国地质调查局在卡特里娜飓风前后对多芬岛进行的海岸研究

3.激光雷达传感器产生的数据

概述

本节将回顾使激光雷达成为海岸测绘和自然资源管理应用的有吸引力的数据源的一些方面。激光雷达技术的数据产品可以以多种格式提供。本节介绍了各种格式及其差异，以及验证和量化数据的方式。本质上，本节将概述激光雷达数据及其直接衍生的GIS产品。

图3-1. 激光雷达点云显示树木顶部（黄色点）和地面（紫色点和树木下方的沙丘）

图3-2. 显示用于从三个不同分辨率的DEM中提取高程值的样带的图像序列

图3-1. NED和激光雷达数据集在分辨率和垂直精度方面的差异

图3-2. 非常高的时间分辨率数据（5天）有助于突出事件相关的变化（由美国地质调查局提供）。

图3-3. 激光雷达点着色以表示数据的不同属性

图3-4. 曲面格式表达

图3-5. 在裸露的土地上创造的DEM。请注意两个DEM之间的细微差异。

图3-6. TIN的Hillshade如图3-7C所示

图3-7. 覆盖在激光雷达生成的地形上的航空图像示例

图3-8. 激光雷达数据生成的等高线

4.激光雷达数据的使用

概述

本节将介绍激光雷达数据在典型地理信息系统中的基本使用。通常，第一步是在线查找数据或访问供应商的数据。接下来是指定数据参数、格式以及所需的数据导数类型（例如，强度、分类）。一旦指定并接收到数据，加载过程将根据格式而变化。该过程可能需要一些额外的软件、步骤或插件，具体取决于数据和软件。与所有地理空间数据一样，

在使用之前检查元数据是一个重要的考虑因素；本节将回顾激光雷达数据的一些重要领域。该部分应该为大多数用户提供足够的信息，以便他们自己开始使用数据。