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科普丨激光雷达(LiDAR)点云数据知多少

作者:飞燕遥感 发布日期:2020-08-11 13:47 浏览量:233


作为一名测绘小白

看到眼前这些密密麻麻的点

是否让你感到眼前一黑?

你能获取哪些有用的测绘信息呢?


我们都知道“一花一世界,一叶一菩提”,但不一定知道的是,还有“一点一方位空间”。

这些点可大有来头,用处可大了!

且听笔者详细道来吧~

原来,这些都是激光雷达(Lidar)点云数据,每一个点都包含了三维坐标信息,也是我们常说的X、Y、Z三个元素,有时还包含颜色信息、反射强度信息、回波次数信息等。



▲ 点云信息查询



首先,让我们了解一下它们是如何产生的。

其实,这些点是机载激光雷达向地面发射激光信号,然后收集地面反射的激光信号而来的。此后,业内通过联合解算、偏差校正,便可以计算出这些点的准确空间信息。看上去一个简单的数据获取,其实包含了较为复杂的设备结构及数据采集过程。



机载激光雷达数据获取


其一,激光雷达(Lidar)包括了激光测距系统、光学机械扫描单元、控制记录单元、全球定位系统(Global Position System,GPS)、惯性测量系统(Intertial Measuremet Unit,IMU)以及一套成像设备等。其二,机载激光雷达Lidar)进行采集点云数据时除了天气需要满足飞行条件外,还需要获得空域许可,提前设计航线,实地勘察。


▲ 点云数据获取及解算过程

我们在上文所见的那些离散点无法获取有用信息,是因为打开的方式不对。

正确的打开方式是这样的:



▲ 点云三维预览

三维预览,只是点云最基本的表面特征,因为每一个点云都具备空间坐标信息,因此它们都具备测量能力。两点成线,三点成面,四点成体,通过这些点,不仅可以明确了解地表空间上的某个点的坐标信息,还可以计算它们之间的长度、面积、体积、角度等信息,正好应对了测量需要的要素。

那点云数据可以用来干什么?


可用于制作数字高程模型




通过对点云数据进行自动化预处理,地面滤波,结合人工编辑对激光点云进行进一步的精分类,保留地面点,剩余的地面点通过构建不规则三角网(TIN)等模型进行栅格化,可得到高精度的数字高程模型(DEM)数据,也可以转换为等高线数据。


可用于三维建模



随着激光雷达技术的逐步成熟,三维激光雷达技术制作的三维模型精度高,适用范围广,外业工作量少,省时省力。在建筑物的房屋轮廓提取、特征点检测和三维重建工作上发挥了重要作用。且结合倾斜摄影技术,地物提取更加便捷,数据可视化程度更高。


可用于农林普查



机载激光点云可以用于普查林木的特征,例如树木的平均高度、树冠密度、生物量、林木储量和植被覆盖度。如果搭配高光谱成像仪,可以确定更多的信息,如植被分类、植被储量、土壤变化等。其次,衍生数据可用于监测森林生长、风暴或火灾造成的损害等。


可用于土方计算



高精度激光点云,可用于构建地形三维模型,为勘察设计提供断面量测、坡度坡向量测、土方填挖量等信息,大大减少工程勘察设计中的外业工作量,缩短工作周期。


可用于监测地质灾害



通过地形三维模型的建立,可以大面积监测地形的变化,可以根据地形的变化方向及地形的变化量,作出风险评估,为预防地质灾害的发生提供依据。例如,对滑坡体地表的监测,特别是在陡坡下的道路、铁轨,以及削坡建房等容易发生滑坡地区,能够为滑坡体成因和发育趋势的推断提供重要依据。


上述五个方面,只是点云数据应用的其中一部分。

因为激光雷达具备着以下几个特点:

1

全天候工作,主动获取数据;

2

隐蔽性好,抗有源干扰能力强,且获取数据范围广;

3

激光穿透能力强;

4

外业工作量小;

5

点云精度高,空间坐标信息准确;


所以,激光雷达(Lidar)获取的点云数据,往往也适用资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、环境监测、矿山测量、隧道测量、公路道路测量、电缆监测、海洋深水测量等各个方面。

今天的激光雷达(Lidar)点云数据就介绍到这里啦,你有没有get到呢?


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