激光雷达与高光谱对地立体探测研究.doc

《激光雷达与高光谱对地立体探测研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、激光雷达与高光谱对地立体探测研究李先华，黄睿，黄微上海大学通信与信息工程学院遥感与空间信息科学研究中心，上海200072摘要：将激光雷达对大气、水体的透视及对地精确测距定位的立体成像探测能力和高光谱技术相结合，发展先进的空、天基对地立体成像综合定量探测系统，是国家对大气、陆地和海洋精确立体综合定量探测的迫切需要，也是遥感技术自身发展进步的要求。激光与地面，水体和大气的相互作用及其在高光谱的遥感响应是空、天基激光雷达和高光谱对地立体成像综合定量探测的核心理论基础和关键科学问题。综述了激光雷达对地探测系统的研究现状和发展趋势。提出了新的基于激光雷达与

2、高光谱遥感的对地立体探测系统。将激光雷达对大气、水体的透视，对地的精确测距定位与高光谱技术相结合，介绍了该系统的原理方法和特点。从激光雷达和高光谱数字影像的广义大气修正和地形辐射改正，大气光学厚度与程辐射图像的生成，激光雷达的非均匀水体修正和水底地形改正，激光雷达和高光谱与介质以及目标的相互作用及其高光谱的遥感响应以及多源数据融合等5个方面阐述了该体系的关键技术及其研究思路。关键词：激光雷达，高光谱，对地立体探测一、引言传统对地探测（常规航摄系统和卫星遥感，包括一般高光谱成像和微波）的局限和缺陷是难以有效地对大气和水下进行精确定量探测、直接测距和

3、定位。传统的对地探测已经越来越难以满足当前和今后社会经济和科学技术发展对大气、地面（水面）和水下、水底的高精度、深层次空间数据日益增长的巨大需求。激光雷达对地探测系统所获取的地球表面信息有两种：空间位置（距离）和影像（性质）。二者共同构成完整的机载激光对地探测系统。目前机载激光雷达探测系统的主要作用是探测地面的高程信息。如果激光雷达的地面采样点充分密集并且同时获取激光回波信息，就可以不需要被动光电成像，直接以激光雷达回波强度数据获得地面数字扫描激光影像（目标表面特性）、在同时获取的地面高程信息的支持下还可进一步生成地面的实时三维立体影像；研究地表

4、激光雷达回波的性质和强度的变化（因大气散射和吸收(衰减、消光)和地面反射率）。通过测量入射辐射的变化反演大气组分和气溶胶粒子的数量和特性，就可以进行激光雷达区域的大气遥感探测。研究海洋激光雷达回波的性质、形态和强度的变化，可以进行激光雷达区域的海洋（如：海水透明度、泥沙和叶绿素含量、海洋环境污染和海洋资源调查等）遥感探测；在一定条件下还可以利用水面和水底两次反射信息（双频技术）以及水体对激光的衰减（散射和吸收），探测水底地形、水深和水体性质并在水下三维立体成像。二、激光雷达探测系统的研究现状与发展趋势目前国际上机载激光雷达探测系统已具备对地综合探

5、测能力，并已出现一些商用系统，成功地进行了火星、月球和地球形状的探测。美国、加拿大、澳大利亚、瑞典等国为浅海地形测量发展的低空机载系统，使用了机载激光测距设备、全球定位系统(GPS)、陀螺稳定平台等设备直接进行测距与定位，最终得到浅海地形(或DEM)。比较典型的是美军现用的一种独具特色的激光雷达水下地形测量系统[1](scanninghydrographicoperationalair2bornelidarsurvey，SHOALS)，它采用激光雷达技术实施远距离量测浅海深度并测绘海岸带的地形，监测海岸侵蚀等。目前国际上70%的对地(浅海、水下)

6、地形探测都是由机载激光雷达完成,其效率高于传统探测方法100倍以上。最近挪威水文地理机载公司研发的水下测量和陆地地形测量鹰眼II机载激光雷达系统可以同时进行陆域及海域地形测量。鹰眼II在一次飞行任务中集合了海洋深测和地形高程测量，具有无缝连接特点，包括高分辨率的相机与激光头共轴。星载激光雷达方面，国际上已利用星载激光雷达数据进行遥感图像的几何定位[2]、气溶胶反演[3、4]、云层高度探测[3、5]等研究。国内方面，华中科技大学研制了机载激光雷达并完成南海洁净海水水下目标探测实验[6]；中国科学院上海光机所研制了机载激光雷达（海测型）并完成南海洁净

7、海水、水下地形探测实验；中国科学院遥感所和上海技术物理研究所合作利用上海技术物理研究所研制的机载激光雷达系统（陆测型）和激光高度计探测器成功地进行了高精度的城市地形测量和月球表面地形测量。利用机载高光谱图像和LiteMapper5600激光雷达（陆测型）高精度的对地探测系统国内一些单位近期分别在广西以及西藏布达拉宫实施了高精度的对地探测。中国林业科学研究院在山东地区利用该设备进行了林业的机载激光雷达探测实验。另外，香港和台湾地区也利用国外设备进行了地形的机载激光雷达探测实验。三、激光雷达和高光谱对地立体探测的原理方法及其特点空、天基激光雷达和高光

8、谱对地探测系统本身具有点对点的高光谱影像数据和激光雷达数据，方便了后续的影像匹配和信息融合。目前，国外已有机载激光雷达成像系统对每个激光