激光雷达的标准化现状剖析

郭玉芳

（1.国家测绘地理信息局测绘标准化研究所，陕西 西安 710054）

激光雷达的标准化现状剖析

郭玉芳1

（1.国家测绘地理信息局测绘标准化研究所，陕西 西安 710054）

激光雷达（LiDAR）是一种主动式遥感探测技术，具有测量精度高、信息量丰富等特点。随着LiDAR技术的不断发展和应用需求的增长，LiDAR的标准化进展也愈加受到社会各部门的关注。在分析研究发达国家LiDAR标准化进展的基础上，对我国LiDAR标准化现状和存在的问题进行了剖析，提出了发展和完善LiDAR等测绘新技术标准的对策。

LiDAR；点云；标准；地理信息

LiDAR是近年来遥感领域发展起来的一种集激光扫描仪、GPS以及惯性导航系统（INS）于一体的主动式遥感探测技术。其具有波束窄、定向好、植被穿透力强、测量精度高等特点，且激光脉冲不易受云层和太阳角度的影响，大大提高了数据采集的质量。LiDAR技术在地形测绘、道路、电力线测绘、森林参数测量、三维城市建模等领域都具有广阔的发展前景和应用需求[1]。欧美等发达国家在LiDAR领域的发展和应用已有近20 a的成功经验，并已开始向大范围应用方向发展。2010年，美国地质调查局（USGS）启动了一项国家空间项目（NGP），对覆盖全境范围的LiDAR数据进行获取。该项目不仅带动了LiDAR技术的普及性推广，而且推进了LiDAR数据的标准化进展。我国在LiDAR技术领域的发展和应用起步较晚，LiDAR标准化工作的发展也相对滞后，本文在研究发达国家LiDAR标准化进展的基础上，剖析了我国LiDAR标准化现状和存在的问题，探讨并提出了发展LiDAR等测绘新技术标准的对策。

1 国际LiDAR标准化的进展

在LiDAR标准化领域，美国一直走在世界前列，因此本文以美国为例说明当前国际LiDAR领域标准化的进展状况。美国测绘地理信息标准的研制主要受市场的驱动，呈现多元化的特点，LiDAR的相关标准也较多，侧重点亦各不相同。目前，在LiDAR领域有两 项影响颇为广泛、适用性较高的标准：美国摄影测量与遥感学会（ASPRS）在2003年发布实施的团体标准《LAS规范》（1.0版本）和USGS在2012年发布的《激光雷达基础规范》。

1.1 《LAS规范》

该标准主要规定了LiDAR点云数据的记录格式，旨在使不同类型的LiDAR硬件装置和软件处理工具都能为用户提供一种开放的、通用的数据格式，方便用户使用和数据共享。该标准经过不断更新完善，目前正式发布的最新版本是1.4版，同时ASPRS 也正在研究更高级版本LAS Specification PROPOSAL 2.0[2-3]。《LAS规范》（1.4版本）将LiDAR文件结构分成4个部分，分别是头文件、变长记录、点数据记录和可扩展的变长记录[4]，具体内容见表1。

表1 LAS文件主要结构和内容

规范而灵活的LAS 文件结构，提供了一种通用的、开放式的LiDAR点云数据记录格式，既满足了商业化市场LiDAR软、硬件技术发展的多元化需求，也使LiDAR技术发展和应用的通用性和实用性得到了很大提高。该标准的重要性是不言而喻的，同时也奠定了USGS随后制定其他LiDAR标准的基础。

1.2 《激光雷达基础规范》

2009年USGS启动了NGP项目进行全国范围LiDAR数据的获取，为了保障NGP整体数据的质量和统一性，2012年USGS正式发布了《激光雷达基础规范》（1.0版本）。该标准也在不断更新完善，目前最新的是1.2版本。该标准发布后迅速被美国的许多州、县以及企业所接受，一些国家还将该标准作为本国制定LiDAR规范的基础[5]。该标准主要规定了获取和处理LiDAR数据的基本要求和最小（低）参数，涵盖了LiDAR数据获取的要求、点云数据的存储规范、点云数据高程精度的检测与验证、点云数据的分类以及最终交付成果的要求等内容[5]。表2是《激光雷达基础规范》（1.2版本）的主要章节和内容。

表2 《激光雷达基础规范》主要内容

2 我国LiDAR标准化的现状及存在的问题

近几年随着激光雷达技术应用和需求的不断增长，我国测绘地理信息主管部门也相继发布了数项LiDAR相关行业标准，具体见表3。这些标准在推动和促进LiDAR技术的规范发展和应用方面都起到了积极作用。

表3 我国现有的LiDAR标准及主要内容

深入分析和研究了我国现行的LiDAR相关行业标准及其主要内容，并与美国上述两项LiDAR标准进行比对，笔者认为我国在LiDAR标准化领域尚存在以下问题：

1）部分LiDAR标准仍存在缺失现象。LiDAR系统采用激光扫描的方式获取回波信号，由于激光脉冲具有穿透作用，所以在一次扫描过程中可以收到多次的回波信号。因而，LiDAR数据具有海量存储，回波信号属性信息丰富的特点。分析我国现行的LiDAR标准发现：针对LiDAR数据部分环节的标准还存在缺失现象，如对原始点云数据存储格式的规定，对原始点云数据的检测要求，多元化LiDAR产品的类型及数据规定等。这些标准的缺失，不利于LiDAR技术的推广应用，也制约了LiDAR数据的多部门共享和使用。

2）LiDAR数据产品比较单一，未能发挥其丰富信息。USGS在《激光雷达基础规范》中将LiDAR数据产品按照精度分级，同时在最终的交付成果中包括：原始点云数据、分类后的点云数据、栅格数字高程模型以及特征线多种产品，这种多元化的地理信息产品既兼顾了不同部门对高程数据精度的不同要求，又避免了高精度数据带来的信息冗余，同时还实现了一次数据的获取，多部门数据的共享和重复利用，推动了地理信息资源价值的提升。

目前，我国的相关标准对LiDAR产品的规定还比较单一，仍局限于DEM和DSM，并未完全体现LiDAR数据所反映地物丰富信息的优势，因此，发展多精度等级、多元化地理信息产品也是新时期测绘地理信息部门服务经济社会发展的需求。

3）LiDAR新技术标准更新滞后，相关机制亟需完善。不论是《LAS规范》亦或是《激光雷达基础规范》，在标准的1.0版本推出之后，都有更高级版本不断更新，这既是LiDAR技术迅速发展的要求，也是新技术标准自身不断完善的需求。而我国标准的修订和更新机制相对滞后，如在2011年发布的两项LiDAR数据获取和处理的标准并未能随着LiDAR技术的发展适时进行修订和完善，在一定程度上影响和制约了LiDAR技术的应用推广。因此，建立新型的标准修订和更新机制，尤其是在测绘新技术标准领域，也是当前我国改革标准化体制的一项重要内容。

3 结 语

LiDAR具传统测绘无法比拟的优势，可以快速获取高密度、高精度数据；能穿透植被覆盖精确探测地面真实地形；可提供丰富的数据产品，如DEM、DOM、DSM等。本文在分析研究发达国家LiDAR标准化进展的基础上，分析了我国LiDAR标准化现状和存在的问题，提出了在当前标准化体制改革的环境下，发展和完善LiDAR等测绘新技术标准的对策，为相关标准的制定提供参考和借鉴。

[1] 张留民,吕宝奇,林蒙恩. LiDAR标准数据格式(LAS)的解析与处理[J].测绘与空间地理信息,2014,37(5)：131-132,136

[2] 周晓明,唐德瑾,马秋禾,等.LAS Version 2.0数据格式解析[J].测绘工程,2010,19(4)：43-46

[3] 刘春,姚银银,吴杭彬.机载激光扫描(LiDAR)标准数据格式(LAS)的分析与数据提取[J].遥感信息,2009,24(4)：38-42

[4] ASPRS.LAS Specification Version1.4 [EB/OL]. http：//www. asprs.org/Press- Releases/LAS-1-4-Draft-Specification-Released-by-ASPRS.html, 2012-05-03/ 2015-04-06

[5] Hans Karl Heidemann.LiDAR Base Specification 1.2[EB/OL]. http：//nationalmap. gov/standards/index.html, 2014-11-13/ 2015-05-16

[6] CH/T 3014-2014.数字表面模型机载激光雷达测量技术规程[S].

[7] CH/T 8024-2011.机载激光雷达数据获取技术规范[S].

[8] CH/T 8023-2011.机载激光雷达数据处理技术规范[S].

P237

：B

：1672-4623（2016）11-0004-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.002

郭玉芳，硕士，高级工程师，主要从事测绘地理信息标准的研究与制定工作。

2015-11-11。

项目来源：2015国家测绘地理信息行业科研专项资助项目（201512006）。