论摄影测量与激光雷达测量之比较

论摄影测量与激光雷达测量之比较

赵博 李邵军 唐蕃

中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司 陕西省汉中市 723213

摘要:在航空航天行业内所使用的飞机数字化水平测量技术已经经历了数几十年的发展，已形成了相当完整系统的产业模式。近年来也备受人们的关注，当我们谈论飞机数字化水平测量技术时，或多或少会谈到igps和激光雷达。实践中总有人问：这两种方法哪个更好？为了更好的解答这个问题，本文便针对激光雷达测量和igps从工作原理，技术特点，适用性等方面进行对比。

关键词:igps；激光雷达测量；技术特点；适用性

1.引言

飞机水平测量又称飞机的特征点测量，通过测量这些特征点来检测飞机总体装配质量。目前飞机水平测量工作使用的测量工具包括水平仪、光学经纬仪、全站仪、激光跟踪仪等。传统飞机水平测量方法是采用水平仪、光学经纬仪对水平点进行测量。该方法采用人工读数、记录和手工计算，需对飞机调整水平状态，测量过程复杂、人为误差大、自动化程度低。近年来，激光跟踪仪、全站仪等先进数字化仪器在飞机水平测量中的广泛应用，一定程度的提高了飞机水平测量的精度、自动化程度，降低了劳动强度。但全站仪作水平测量时需辅助设备单棱镜配合使用，测量精度无法满足特殊机型的高精度测量要求。激光跟踪仪测量精度高，但其测量时易断光、接触式测量、需转站等问题，使其不适合对大型飞机的测量。本文介绍的飞机数字化水平测量技术具有精度高、效率高、工作量小等优势，尤其适合于大飞机。测量系统的多功能、高扩展性等特点，使其可扩展应用到飞机型面检测、动态对接等技术上，且具有良好的应用前景。

2.iGPS测量技术的概念

iGPS采用基于三角定位法的测量技术，iGPS测量系统类似“卫星”网络（“卫星”就是发射器）。接收器通过接收来自发射器的信号进行处理和计算从而进行定位。每个iGPS发射器的测量范围有40m，任意数量的iGPS发射器可以用来组建连续的iGPS测量空间，而iGPS的系统误差在整个测量空间是近似均匀分布的。iGPS定位精度最高可达0.2mm(2σ)，测量范围可根据配置情况无限延伸，这使得iGPS在测量大型部件时能一次完成所有的测量任务而无需多次转站。

3.激光雷达航测技术的概念

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。现在广泛采用的 LiDAR（Light Detection and Ranging），简称为激光探测及测距系统，具有体积小、质量轻，低空探测性好，分辨率高等特点，但是价格较为昂贵， 不过随着科技的进步，价格低廉的便携式激光测距仪正逐步发展。激光雷达航测系统包括激光器与接收系统。在测量过程中，激光器产生并对物体发射激光脉冲，接收器用来接收反射回来的脉冲，并准确记录脉冲自发射之时到接收时传播的时间，又因为光脉冲以光速传播，所以接收器会在另一个脉冲发射前收到前一个反射回的脉冲，而且可以测量定其传播距离。与此将激光器的高度及激光器角度记录，可以计算出被脉冲“打”到的点的精确位置 X、Y、Z，激光束发射的频率很高，每秒钟可以发射几万个脉冲，所以可以获取较大数据量，形成点云数据。总之，同其他技术手段相比，激光雷达测量基本不需要地面控制点，具有很强的时效性；测量数据精度高；激光点云数据密集；坐标与影像同步；自动化程度高；数据可利用率高；相对成本较低。

4.iGPS与激光雷达的技术特点

4.1测量技术的分类

激光雷达和无线电雷达原理几乎没有区别，其通常按照所用激光器、探测技术或雷达功能来分类。可用于雷达系统的激光器种类很多，其种类比较多。据激光雷达探测技术可以分为为直接探测型和相干探测型两种，直接探测型类似于激光测距仪，相干探测型又有单稳和双稳两种类型。而按照不同功能， 可以分为跟踪型、运动目标指示型、目标识别雷达、成像型雷达及振动传感型雷达。

4.2.激光雷达与iGPS的优缺点

4.2.1 iGPS测量系统具有以下优点：

　　（1）多用户测量。iGPS测量场是1个共享的资源场，位于测量场中的接收器独立工作，互不影响，像GPS系统一样，只需增加传感器和接收器的数量就可以增加用户。

　　（2）测量范围广。在iGPS测量网中，通过增加发射站可实现量程扩展，且不损失测量精度，其工作范围为2~300m。

　　（3）抗干扰性好。测量过程允许断光，且不影响测量精度。

　　（4）无需转站测量。可以通过增加发射器或对其进行部局重构，实现对系统内全部测量点的测量，从而降低或消除转站误差。

　　（5）可视化程度高。无论是在测量现场还是中央控制中心，操作人员都可以通过PDA或计算机屏幕实时看到被测点的三维坐标。

　　（6）一次标定多次使用。只要标定后的发射站位置不发生改变，该测量场即可无限次使用。

4.2.2激光雷达航测技术的优点

激光雷达航测技术的优点很明显，具有分辨率高，隐蔽性好、抗有源干扰强，低空探测性好及体积小、质量轻等特点。但是其缺点仍然突出，比如受天气影响大，假如空气中浮尘等颗粒物较多，会对激光光束产生影响，同时其激光波束较窄，难以用于搜索目标。

4.3激光雷达测量与iGPS所适用飞机水平测量的应用

（1）区域划分：根据被测量的飞机整机水平点的位置来划分区域，可接触的水平点使iGPS 测量系统来进行测量，不可接触的水平点则使用激光雷达测量系统进行测量。

（2）测量坐标系建立：进行激光雷达布站及iGPS 布局。

（3）确定iGPS、激光雷达各自的测量坐标系。将iGPS 与激光雷达坐标系统一成测量坐标系。

（4）水平点的测量：用iGPS 测量系统的测量探针—— iProbe 测量飞机机头、机身两侧、鸭翼和机翼下方、机腹等部位可方便接触到的水平点。用激光雷达测量飞机的机背、垂尾、进气道等处不易接触到的水平点。

（5）数字调平：即根据调平条件在软件中将当前测量坐标系转换为飞机水平测量坐标系，即建立飞机基准坐标系。

（6）数据处理：根据水平测量检测表的要求对数据进行处理，得到飞机装配质量；或将被测点三维坐标数值与这些点的理论坐标值进行比较，计算飞机整机水平点变形量偏差。

（7）分别根据各自测量系统的特点进行测量，最后统一坐标系，建立飞机基准坐标系并且与飞机理论坐标系进行统一，数据处理后输出报告

5.结束语

测量技术在装备、应用和人才培养上都取得了巨大的进步。作为国家重点发展的战略高技术，在发展的过程中还应加强对测量技术和成果的保护，因为测量技术和成果时刻关系着国家的安全。可以相信，有国家的大力支持和现已积累的技术，我国测量技术与遥感技术必将提高到一个新的水平。 长远来看，机载激光雷达技术具有更大的发展潜力，特别是数据处理算法以及软件和系统的开发方面，还有许多发展空间。未来的发展方向将是多种高端技术的强强联合，机载激光雷达测量系统、高端影像扫描系统以及GPS/INS系统的高效集成，将促使整个测量领域飞速发展。

参考文献

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