近距离机载激光雷达测深

RIEGL在法国地中海沿岸的过渡区域测试了其地形测深机载激光扫描系统的性能。最初计划进行无人机调查，但由于当前冠状病毒大流行对作业的限制，测试使用了一架固定翼飞机。结果是令人鼓舞的，下一步将是无人机(UAV或“无人机”)在更具挑战性的海洋条件下的操作。

地形测深机载激光扫描(机载激光测深的一个领域，或ALB)以其无缝测量混合景观的效率而闻名。因此，它被用于浅水区的水文和海洋制图，并具有在一次任务中捕获地形和水深数据的优点。这些过渡区很难通过船载手段或仅通过陆地征用来覆盖，通常容纳大量的自然生境和人工结构、住区或基础设施。因此，由于陆地和近海地形的变化，它们具有很高的内在风险。必须对这些变化进行严格监控。调查任务是多方面的，包括栖息地的保护和保护，例如在遭受洪水、土地萎缩或海岸侵蚀的地区。调查还用于基础设施维护和确保沿海航行安全。作为一种非侵入式测量方法，ALB支持所有这些任务，不会影响环境，也不会给测量人员带来风险。

激光雷达在深度测量法

激光雷达在测深方面的具体要求和局限性必须加以考虑。毕竟，我们谈论的是光和水，当它们混合在一起时，会带来所有的美丽，这意味着在激光雷达技术中，得失比的一丝细微的平衡。ALB系统通常从运行高度为> 1500英尺(457米)AGL的有人驾驶飞机上使用。他们使用绿色波长激光器，通常具有> 1mrad的光束发散度，这比纯地形激光雷达系统中使用的近红外(IR)激光器更宽。在地面上产生的激光足迹直径约为50厘米。因此，数据的平面分辨率是有限的。

浊度进一步限制了ALB的可用性。粗糙度的粗略措施是Secchi深度，这是指在它在表面上的观察者中消失之前可以将白色或黑色和白色盘放入水中的深度。通过使用强大的激光器以及大而敏感的接收器，可以在SECCHI深度的多型中获取数据。然而，在浑浊水域中，这仍然意味着渗透相当不佳。

当激光束与水相互作用时，不仅由于吸收而发生散射和衰减，而且在空气/水界面处由于折射而发生方向和传播速度的变化。要校正折射效应，需要对激光束击中水体的位置有准确的了解，可以通过对水面点进行分类，生成水面模型来确定激光束击中水体的位置。这些额外的处理步骤可能非常耗时，并且需要处理团队的经验。

低飞行高度的地形测深激光雷达

在过去的十年中，使用无人驾驶飞机（微型或中型）作为摄像机的运营商平台以及各种测量设备已经成立，并彻底改变了测量部门。UAS（无人机空中系统）和高质量小型化传感器的可用性在透视，灵活性和细节程度方面使新的调查维度成为了新的调查维度。基于这一经验，最近的研究和工业发展已经开始专注于自动改进的水文传感器系统。

毫无疑问，让激光雷达更接近水面会限制条带宽度，而有限的空速进一步降低了区域覆盖的总体效率，这种降尺度导致了空间分辨率和潜在深度性能方面的数据质量的显著提高。对于复杂的、小区域的河流景观详细制图应用，人们的期望尤其高，而高海拔的ALB无法满足这一要求。

Riegl在2016年展示了一个第一个浴室集成的uas集成，其次是第一个商用的小型Topo-bathy-andic扫描系统，Riegl VQ-840-G，2018年。该系统的核心部分是完全集成的紧凑型用于组合地形和碱度测量的机载激光扫描仪。该仪器可配备集成和工厂校准的IMU / GNSS系统，并配有集成的工业相机。紧凑轻便，重量为12kg，可以安装在各种平台上，包括uass。激光扫描仪包括频率加倍的IR激光器，发射脉冲，其波长为532nm的波长和50-200kHz的PRR（脉冲重复率）。在接收器侧，输入光学回波信号被转换成电信号，以接近2G样本/ s的数字化速率进行放大和数字化。VQ-840-G带有特殊的参数化功能，允许适应手头的调查情况。一种选择是选择1Mrad和6mrad之间的光束分歧，以保持地面上的恒定能量密度，从而通过空间分辨率平衡眼睛安全操作。此外，可以在3MRAD和18MRAD之间选择接收器的IFOV（瞬时视野）。对于地形测量和非常清晰或浅水，较低的设置是合适的，而对于浑浊水，可以更好地增加接收器的IFOV，以收集由水体散射的更大量的光。

VQ-840-G采用帕尔默扫描器在地面上生成椭圆形扫描图形。激光束因此以低变化的入射角射向水面。通过对数字化回波信号进行在线波形处理，实现了基于飞行时间的机载测距。实时检测算法识别数字化波形流中的潜在目标，并将相应的采样值反馈给信号处理单元，该单元能够以高达每秒250万个目标的速度实时进行系统响应拟合(SRF)。这些目标由距离、振幅、反射率和脉冲形状偏差等基本属性表示，并保存到存储设备中。数字化后的回波波形除供目标检测和在线波形处理外，还可存储用于后续的离线全波形分析。

在法国地中海沿岸测试该系统

VQ-840-G集成在载人直升机和两种不同型号的电动多旋翼无人机上，在各种内陆水体上进行了一系列成功的测试项目后，于2021年3月在法国地中海海岸通过一架载人固定翼飞机进行了一次试验。

选择载体平台是由于当前的疫情。最初，该项目计划作为无人机调查，但这不得不推迟到整个2020年。由于人员旅行继续受到限制，我们发现我们的机组人员在空中更好。毕竟，这是一个很好的机会来评估从有人驾驶的飞机上操作系统的性能。该任务使用一架Cessna T206H, OE-KRI，在150米AGL的任务飞行高度和110kts的飞行速度下，在50kHz的测量速率下，点密度约为6-8点/m²。当然，载人固定翼飞机的飞行动力学与无人机的机动性有很大的不同。当然，与典型的无人机飞行参数(例如75米高度;20-30kts的速度)，点密度和性能都有所降低，但这被灵活性和在短行程中覆盖大量地面的可能性抵消了。

2021年3月2日，一架塞斯纳T206飞机从阿维尼昂-普罗旺斯机场起飞，开始在马赛西部卡马格尔地区执行第一次调查任务，早晨的空气凉爽而平静。然而，西南部的蒙彼利埃已经开始下雨，所以另一个计划中的项目不得不在飞行途中取消。OE-KRI机组人员决定在阿维尼翁加油，然后继续在Cap Sicié的岩石地区进行实验，然后继续在法国-意大利边境进行更多的数据采集，然后及时返回奥地利的家乡机场。为了将与covid - 19相关的风险降到最低，地面工作被限制在严格必要的范围内。

10时许，海势轻微，东风4级，到达Sicié岬。海浪高度达到1 - 1.3米，东南方向有一个相当弱的涌浪。

Cap Sicié是位于法国普罗旺斯瓦尔地区的土伦湾和滨海拉塞恩岛的悬崖。这个海角之所以为人所知，是因为与有遮蔽的海湾地区相比，这里的风，尤其是西北风和地中海东部风，可能会特别强劲。在352米的最高点可以看到土伦湾的全景，当空气特别清新的时候，还可以看到更远的Côte d 'Azur岛。在东部，一个引人注目的双岩层，“Les Deux Frères”，是我们数据采集的重点。

amphitria位于海角下方，是一种废水处理厂，这座令人惊讶的建筑结构嵌入陡峭的海湾。该建筑面临着陆地和水的危险，因此持续持续的安全措施，以确保现场人员的安全工作空间。由于所需的地形特征和保护自然栖息地而导致的受限制的可访问性，作为潜在使用非接触，但接近表面，测量方法的示例。

将结果与参考数据进行比较

测试区域（约1152HA）被12个重叠飞行条覆盖，导致总计60,864,774个单一测量点。对于点密度检查，考虑了来自单个飞行条带的数据。LIDAR数据的第一次分析显示，地形部分提供可靠的多回波覆盖，从而捕获植被下方的地形。测量区域的海底由砂组成，由于其颜色而提供良好的反射率，但在干扰时导致水浊度。

为了参考和验证结果，将数据与SHOM(法国海军水文和海洋局)获得的现有公开ALB激光雷达数据进行了比较。在国家Litto3D计划中，已生成了法国沿海地区10米等深线和6海里离岸的数字高程参考模型。

将采集到的数据叠加到Litto3D数据上，得到两个数据集的视觉印象。我们满意地发现，在干燥的地面和海底的点云都非常吻合。Litto3D数据可以扩展到更大的深度，而VQ-840-G的数据由于其更高的空间分辨率，可以提供更详细的视图。在海底，Litto3D数据指定为0.04 pts/m²在干地上，这是1吨/米²．在我们调查的地区，这两种情况都甚至略高。VQ-840-G提供了7 PTS / M的水表面上方和下方的分辨率²．因此，这些结果可能完全补充特别感兴趣的区域的广域调查数据。

对法国海岸的短暂实地考察提供了对VQ-840-G在海上环境下的性能的深入了解，从有人驾驶的飞机上操作。所取得的成果为下一步挑战提供了动力，即在更高的海况下使用无人机进行操作。计划进行一系列测试，进一步调整系统以适应不同的测量应用。

确认

Riegl要感谢当地的空中交通管制服务基地d'aéronautique navale de Hyères Le Palyvestre飞行协调和Bateau-ecole de la Mediterrannéeà土伦咨询。