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科普丨激光雷達(LiDAR)點云數(shù)據(jù)知多少

發(fā)布日期:2020-08-11 13:47 瀏覽量:14302


作為一名測繪小白

看到眼前這些密密麻麻的點

是否讓你感到眼前一黑?

你能獲取哪些有用的測繪信息呢?


我們都知道“一花一世界,一葉一菩提”,但不一定知道的是,還有“一點一方位空間”。

這些點可大有來頭,用處可大了!

且聽筆者詳細道來吧~

原來,這些都是激光雷達(LiDAR)點云數(shù)據(jù),每一個點都包含了三維坐標信息,也是我們常說的X、Y、Z三個元素,有時還包含顏色信息、反射強度信息、回波次數(shù)信息等。



▲ 點云信息查詢



首先,讓我們了解一下它們是如何產(chǎn)生的。

其實,這些點是機載激光雷達向地面發(fā)射激光信號,然后收集地面反射的激光信號而來的。此后,業(yè)內(nèi)通過聯(lián)合解算、偏差校正,便可以計算出這些點的準確空間信息。看上去一個簡單的數(shù)據(jù)獲取,其實包含了較為復雜的設備結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)采集過程。



機載激光雷達數(shù)據(jù)獲取


其一,激光雷達(LiDAR)包括了激光測距系統(tǒng)、光學機械掃描單元、控制記錄單元、全球定位系統(tǒng)(Global Position System,GPS)、慣性測量系統(tǒng)(Intertial Measuremet Unit,IMU)以及一套成像設備等。其二,機載激光雷達(LiDAR)進行采集點云數(shù)據(jù)時除了天氣需要滿足飛行條件外,還需要獲得空域許可,提前設計航線,實地勘察。


點云數(shù)據(jù)獲取及解算過程

我們在上文所見的那些離散點無法獲取有用信息,是因為打開的方式不對。

正確的打開方式是這樣的:



▲ 點云三維預覽

三維預覽,只是點云最基本的表面特征,因為每一個點云都具備空間坐標信息,因此它們都具備測量能力。兩點成線,三點成面,四點成體,通過這些點,不僅可以明確了解地表空間上的某個點的坐標信息,還可以計算它們之間的長度、面積、體積、角度等信息,正好應對了測量需要的要素。

點云數(shù)據(jù)可以用來干什么?


可用于制作數(shù)字高程模型




通過對點云數(shù)據(jù)進行自動化預處理,地面濾波,結(jié)合人工編輯對激光點云進行進一步的精分類,保留地面點,剩余的地面點通過構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)等模型進行柵格化,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)。


可用于三維建模



隨著激光雷達技術(shù)的逐步成熟,三維激光雷達技術(shù)制作的三維模型精度高,適用范圍廣,外業(yè)工作量少,省時省力。在建筑物的房屋輪廓提取、特征點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。


可用于農(nóng)林普查



機載激光點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、風暴或火災造成的損害等。


可用于土方計算



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


可用于監(jiān)測地質(zhì)災害



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,作出風險評估,為預防地質(zhì)災害的發(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),能夠為滑坡體成因和發(fā)育趨勢的推斷提供重要依據(jù)。


上述五個方面,只是點云數(shù)據(jù)應用的其中一部分。

因為激光雷達具備著以下幾個特點:

1

全天候工作,主動獲取數(shù)據(jù);

2

隱蔽性好,抗有源干擾能力強,且獲取數(shù)據(jù)范圍廣;

3

激光穿透能力強;

4

外業(yè)工作量??;

5

點云精度高,空間坐標信息準確;


所以,激光雷達(LiDAR)獲取的點云數(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方面。

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


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