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：14907

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?？瓷先ヒ粋€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。

那點云數(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：

全天候工作，主動獲取數(shù)據(jù)；

隱蔽性好，抗有源干擾能力強，且獲取數(shù)據(jù)范圍廣；

激光穿透能力強；

外業(yè)工作量小；

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？