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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 XXXXX,XXXX,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：
2、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
3、明,?,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,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，,G
4、B/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,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。,三、重点说明,?,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 9
5、008.2-2010,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,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=M
6、1,，则M1=M0.7M。,2,2,2,1,M,M,?,2,2,2,三、重点说明,?,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/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,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
7、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,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
8、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,、,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.
9、,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,
10、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,字高程模型成果高
11、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。,2,2,2,1,M,M,?,2,2,2,4.,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,
12、0.15,丘陵地,0.5,0.35,山地,0.7,0.50,高山地,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
13、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,3005,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,G
14、PS,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，,IM
15、U,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
16、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；,?,POS,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
17、雷达检校场及检校飞行方案,?,机载激光雷达检校场的要求,?,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
18、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
19、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；选择地,面无积雪、地面植被稀疏和树木落叶的季节,，同时应
20、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%,
21、，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
22、正射影像图的生产制作，在满足点云数据精度要求的前提,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
23、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,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
24、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,
25、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,?
26、,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；,?,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
27、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,
28、(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：检查各地面基站记录的,原始数据是否存
29、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,（,
30、3,）,地面,GPS,基站数据,地面,GPS,基站数据质量控制内容如下：,?,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,）,
31、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,?,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
32、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。,
