20世纪80年代中期，美国陆军工程兵部队（USACE）与加拿大Optech公司联合研制了实用的水文勘测系统SHOALS（Scanned Hydrographic Operational Airborne Lidar Survey），后来经过十多年的改造和升级，于20世纪90年代开始进行应用作业。SHOALS系统为最早发展成熟的测深LiDAR之一，最开始应用于导航线路环境测量，后来发展成为海岸区域作图系统。目前，SHOALS已经成为近海测深的主要手段之一。

Optech公司经过三十多年的研发，SHOALS系统得到不断更新，系列产品包括SHOALS 200（1994年推出）、SHOALS 400（1998年推出）、SHOALS 1000T（2003年推出，图8-23）、SHOALS 3000T（2005年推出）、SHOALS 3000（2010年推出）。其中，SHOALS 3000应用多年，集结了Optech公司多年的研究成果和实际作业经验，在机载LiDAR测深领域相当成熟。该系统可配置高分辨率数码相机、高光谱遥感、超光谱等先进配件，具有水部和沿岸陆部同时测量的功能。

SHOALS系统总体上可分为两个部分：机载系统和地面处理系统。机载系统可安装在各种类型的飞机上。机舱内放置激光发射接收器、激光光学装置、惯性导航系统以及相机。此外，机舱里面还有两个控制台。一个控制台包含操作面板和电脑以及原始数据存储器。另一控制台拥有视频监控、记录器、激光控制面板和飞机定位设备。地面处理系统采用SUN工作站，系统软件采用了美国海洋和大气管理局（NOAA）开发的一种深度提取算法（NOM），内业处理与外业采集所耗时间比为1∶1。地面处理系统通过数据处理获得包含每个测深点的经度、纬度和水深值（Irish，1999）。

图8-23　SHOALS 1000T

SHOALS系统采用半导体泵浦固体激光器，即Nd：YAG激光器，激光重复频率高，测点密度大。采用波长为1064nm的红外光和倍频后波长为532nm的绿色激光共线扫描来进行水深探测和平均海平面确定，扫描固定开角为20°。同时增加了第三个光学通道，利用由绿光激发的波长为645nm红光的拉曼反向散射进行海面检测和陆地、海面的区分。表8-1描述了SHOALS 1000T和SHOALS 3000T两个系统的主要技术参数。

CZMIL（Coastal Zone Mapping and Imaging LiDAR）机载LiDAR测深系统（图8-24）是SHOALS 3000T的升级版本。该系统是在联合机载激光雷达地形专业技术中心（JALBTCX）技术支持下，由加拿大Optech公司专门为美国陆军工程部（USACE）设计，2012年交付美国军方使用。CZMIL系统的测深雷达与高光谱成像系统和数字摄像机高度集成，可对浅水海底地形，海岸区域地形以及水柱特征同时获取高分辨率三维数据。该系统采用绿色激光同时采集陆地和沿岸水域的高程和深度数据，能够实现陆地和海洋界面的无缝拼接。

图8-24　CZMIL机载LiDAR测深系统

CZMIL系统的主要特征有：

①通过发射窄脉宽的激光获取高精度的陆地和水深测量数据；

②圆形扫描模式（图8-25），能够很好地实现物体探测；

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图8-25　CZMIL系统圆形扫描测量

③激光雷达、高光谱传感器以及RGB相机高度集成；

④光学孔径大、空间分辨率高，在浅层浑浊水域优势明显。

表8-1　SHOALS系统主要技术参数

续表

表8-2介绍了CZMIL系统的主要技术指标。

表8-2　CZMIL系统主要技术参数

此外，Optech公司在2011年还推出了一款新产品——Aquarius系统，它可与测量地面的ALTM Gemini机载激光系统协同使用，有时也被称为ALTM Aquarius系统。Aquarius系统采用绿色激光，可同时测量陆地和浅水区域。由于该系统的激光频率很高，对于水深在10m以内的浅水区域可获得亚米级分辨率的海底地形，有利于实现陆海地形无缝测图（Fernandez-Diaz，2014；Optech，2014）。