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        激光雷達(dá)(LiDAR)點(diǎn)云數(shù)據(jù)知多少?

        共 2410字,需瀏覽 5分鐘

         ·

        2021-03-28 10:17

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        作為一位測繪小白

        當(dāng)看到眼前這些密密麻麻的點(diǎn)

        否讓你感到眼前一黑呢?

        你能獲取哪些有用的測繪信息呢?



        我們都知道“一沙一世界,一葉一菩提”,但不一定知道的是,還有“一點(diǎn)一方位空間”。

        這些點(diǎn)可大有來頭,用處可大了!

        且聽筆者詳細(xì)道來吧~

        原來,這些都是激光雷達(dá)(LiDAR)點(diǎn)云數(shù)據(jù),每一個(gè)點(diǎn)都包含了三維坐標(biāo)信息,也是我們常說的X、Y、Z三個(gè)元素,有時(shí)還包含顏色信息、反射強(qiáng)度信息、回波次數(shù)信息等。

        ▲點(diǎn)云信息查詢

        首先,讓我們了解一下它們是如何產(chǎn)生的。

        其實(shí),這些點(diǎn)是機(jī)載激光雷達(dá)向地面發(fā)射激光信號,然后收集地面反射的激光信號而來的。此后,內(nèi)業(yè)通過聯(lián)合解算、偏差校正,便可以計(jì)算出這些點(diǎn)的準(zhǔn)確空間信息??瓷先ヒ粋€(gè)簡單的數(shù)據(jù)獲取,其實(shí)包含了較為復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)采集過程。

        ▲機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取

        其一,激光雷達(dá)(LiDAR)包括了激光測距系統(tǒng)、光學(xué)機(jī)械掃描單元、控制記錄單元、全球定位系統(tǒng)(Global Position System, GPS)、慣性測量系統(tǒng)(Inertial Measurement Unit,IMU)以及一套成像設(shè)備等。其二,機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)進(jìn)行采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)除了天氣需要滿足飛行條件外,還需要獲得空域許可,提前設(shè)計(jì)航線,實(shí)地勘察。

        ▲點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取及解算過程

        我們在上文所見的那些離散點(diǎn)無法獲取有用信息,是因?yàn)榇蜷_的方式不對。

        正確的打開方式是這樣的:

        ▲點(diǎn)云三維預(yù)覽

        三維預(yù)覽,只是點(diǎn)云最基本的表面特征,因?yàn)槊恳粋€(gè)點(diǎn)云都具備空間坐標(biāo)信息,因此它們都具備測量能力。兩點(diǎn)成線,三點(diǎn)成面,四點(diǎn)成體,通過這些點(diǎn),不僅可以明確了解地表空間上的某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息,還可以計(jì)算它們之間的長度、面積、體積、角度等信息,正好應(yīng)對了測量需要的要素。

        那點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以用來干什么?

        1

        可用于制作數(shù)字高程模型


        通過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化預(yù)處理,地面濾波,結(jié)合人工編輯對激光點(diǎn)云進(jìn)行進(jìn)一步的精分類,保留地面點(diǎn),剩余的地面點(diǎn)通過構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)等模型進(jìn)行柵格化,可得到高精度的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù),也可以轉(zhuǎn)換為等高線數(shù)據(jù)。

        ▲數(shù)字高程模型及等高線



        2

        可用于三維建模


        隨著激光雷達(dá)技術(shù)的逐步成熟,三維激光雷達(dá)技術(shù)制作的三維模型精度高,適用范圍廣,外業(yè)工作量少,省時(shí)省力。在建筑物的房屋輪廓提取、特征點(diǎn)檢測和三維重建工作上發(fā)揮了重要作用。且結(jié)合傾斜攝影技術(shù),地物提取更加便捷,數(shù)據(jù)可視化程度更高。

        ▲點(diǎn)云三維模型



        3

        可用于農(nóng)林普查


        機(jī)載激光點(diǎn)云可以用于普查林木的特征,例如樹木的平均高度,樹冠密度,生物量,林木儲量和植被覆蓋度。如果搭配高光譜成像儀,可以確定更多的信息,如植被分類、植被儲量、土壤變化等。其次,衍生數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測森林生長,風(fēng)暴或火災(zāi)造成的損害等。

        ▲林木整體分布展示



        4

        可用于土方計(jì)算


        高精度激光點(diǎn)云,可用于構(gòu)建地形三維模型,為勘察設(shè)計(jì)提供斷面量測、坡度坡向量測、土方填挖量等信息,大大減少工程勘察設(shè)計(jì)中的外業(yè)工作量,縮短工作周期。

        ▲點(diǎn)云計(jì)算土方量



        5

        可用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害


        通過地形三維模型的建立,可以大面積監(jiān)測地形的變化,可以根據(jù)地形的變化方向及地形的變化量,作出風(fēng)險(xiǎn)評估,為預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供依據(jù)。例如,對滑坡體地表的監(jiān)測,特別是在陡坡下的道路、鐵軌,以及削坡建房等容易發(fā)生滑坡地區(qū),能夠?yàn)榛麦w成因和發(fā)育趨勢的推斷提供重要依據(jù)。

        ▲削坡建房



        上述五個(gè)方面,只是點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用的其中一部分。

        因?yàn)榧す饫走_(dá)具備著以下幾個(gè)特點(diǎn):


        • 全天候工作,主動(dòng)獲取數(shù)據(jù);

        • 隱蔽性好,抗有源干擾能力強(qiáng),且獲取數(shù)據(jù)范圍廣;

        • 激光穿透能力強(qiáng);

        • 外業(yè)工作量??;

        • 點(diǎn)云精度高,空間坐標(biāo)信息準(zhǔn)確。



        所以,激光雷達(dá)(LiDAR)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù),往往也適用資源勘探城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開發(fā)、水利工程、環(huán)境監(jiān)測、礦山測量隧道測量、公路道路測量、電纜監(jiān)測、海洋深水測量等各個(gè)方面。

        今天的激光雷達(dá)(LiDAR)點(diǎn)云數(shù)據(jù)就介紹到這里啦,你有沒有g(shù)et到呢?

        文 | 陳洪斌
        轉(zhuǎn)載 |  廣東省國土資源測繪院


         End 


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