LiDAR数据滤波分类
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第０８卷
２００８矩
第０１期
０１月
中国水运
Ｏｈ
ｎａ
Ｗａｔｅｒ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
Ｖ０１．８
Ｎｏ．０１
Ｊａｎｕａｒｙ
２００８
ＬＩＤＡＲ数据特点及其滤波分类方法
熊娜
程新文
摘要：从数据内容、种类、分布形式及其优劣势等几方面对ＬＩＤＡＲ数据特点进行了总结，对几种常用的ＬＩＤＡＲ
数据滤波分类方法进行了系统的阐述对比与展望。
关键词：ＬＩＤＡＲ
数据特点
滤波分类
中图分类号：ＴＰ２７４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６－７９７３（２００８）０１—０１５１—０２
机载激光雷达（Ｌ远ｈｔ
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
Ａｎｄ
Ｒａｎｇｉｎｇ，
ＬＩＤＡＲ）是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向
速度及物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发
射、扫描、接收和信号处理技术。
机载激光雷达系统主要由４个部分组成，包括飞行平台、
激光扫描仪（Ｌａｓｅｒ
Ｓｃａｎｎｅｒ）、定位与惯性测量单元以及控
制单元。其中机载激光雷达的飞行平台可以是固定翼飞机或
者直升飞机，而定位与惯性测量单元则由差分ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）以及ＩＮＳ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ
Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ）组成，控制单元则由同步、记录和控制３个部分组成。
控制单元是机载激光雷达系统中非常重要的一部分，其核心
是保持系统同步。
一、ＬＩＤＡＲ数据特点
激光雷达获取的数据，从严格意义上讲，包括位置、方位／
角度、距离、时间、强度等飞行过程中系统得到的各种数据。
而实际应用中，人们接触和使用的是与具体时间及发射信号
波长一一对应的点坐标及对应的强度等。
１．激光雷达数据的主要特点
第一，从内容上讲，激光雷达数据是分布于对象表面的一
系列三维点坐标。值得注意的是，多次回波数据得到的点坐标
可能对应着不同的表面，这种特性在某些场合可以发挥重要
作用。例如，在匹配中，使用末次回波信号可以避免植被或其它
具有不规则形状的物体在相邻扫描带上具有不同高度，会造
成匹配过程中不可预测的粗差的问题。
第二，激光雷达数据在形式上呈离散分布。“离散”是指
数据点的位置、间隔等在三维空问中的不规则分布，与数字影
像像元问彼此独立的概念有所不同。地表形态的多样性和数
据获取方式是这一特点的主要成因。离散数据的一个优点是
允许相同平面坐标对应几个高程值，这更有利于表现细节信
息和变化剧烈的地形／地物。另一方面，这种形式也有自身的
不足，如同名点难以选取。
第三，数据形式的另一个特点是扫描带中数据分布不均
匀——不同位置的光斑密度不同，造成这种情况的主要原因
收稿日期：２００７—１０—３１
作者简介：熊娜中国地质大学工程学院
（４３００７４）
程新文中国地质大学工程学院
（４３００７４）
是激光扫描仪所采用的扫描方式。不考虑地形起伏的影响，在
圆锥扫描方式中，扫描带两侧数据密度大，中间部分稀；线扫
描方式的情况类似；在光纤扫描方式中，扫描线方向上的光斑
密度大于垂直扫描线上方向的。其它原因还包括飞行速度、
扫描仪与地形／地物的相对位置／方向等。例如，对建筑物的
倾斜屋顶而言，朝向扫描仪方向的屋顶会反射更多的信号，在
数据集中时就表现为两个屋顶平面上数据密度存在差异。
第四，尽管直接获取点三维坐标是激光雷达最显著的特
点之一，但其数据类型并不局限于此。强度信号是另一个有用
的信息源，它反映了地表物体对激光信号的响应。由于一些技
术上的原因（如缺乏有效的定标手段），还没有得到多少实际
应用。
２．离散三维分布数据带来的一些问题
（１）缺少光谱信息：激光雷达直接获得点位三维坐标的
功能提供了二维数据缺乏的高度信息，却忽略了反应对象特
征的其它信息，如光谱信息。尽管在提取空间位置信息上，激光
雷达数据有其自身的优势，但图像数据包含光谱信息对认识
物体也具有重要的作用。这也是不少应用研究将激光雷达数
据与其它光学数据结合使用的原因之一。
（２）覆盖面积较小：受激光雷达技术数据获取方式和硬
件条件所限，机载激光雷达的扫描带覆盖面积较小。在飞行高
度、速度、时间、航带问重叠度相同的条件下，航摄像机（７５
。视场）覆盖面积是激光扫描仪（３０。扫描宽度）的２．９倍。这
意味着为获得相同的覆盖面积，需要对更多的扫描条带进行
拼接等处理。
（３）同名点获取困难：同名点在摄影测量、计算机视觉
的诸多应用中扮演着重要的角色。尽管激光雷达技术直接获
取地面点的三维坐标，从理论上讲不需要进行匹配、纠正等处
理，但由于ＧＰＳ／ＩＮＳ仪器误差或集成的问题，相邻扫描带间
的点在高程和平面位置一般存在着一些差异，必须经过必要
处理才能获得整个测区的数据。此外，对离散的数据形式还需
要开发新的处理方法。
以匹配为例，从激光雷达工作方式和数据特点分析，在相
万方数据
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