详解激光雷达（LiDAR）点云数据技术

 

作为一位测绘小白

当看到眼前这些密密麻麻的点

是否让你感到眼前一黑呢？

你能获取哪些有用的测绘信息呢？

 我们都知道“一沙一世界，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，内业通过联合解算、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(Inertial Measurement 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。

图新地球桌面端新版（LSV4.3.1）新增点云大师功能，具体功能如下：

1. 大疆、飞马等无人机航测点云成果导入可视化
2. 自动完成地面点提取
3. 生成高精度地形和CAD格式等高线
点击查看详情：http://www.tuxingis.com/gisvision/knowledge/1076.html

 那点云数据可以用来干什么？ 

1 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。

▲数字高程模型及等高线

  

2 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。

▲点云三维模型

  

3 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。

▲林木整体分布展示

   

4 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。

▲点云计算土方量

  

5 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。

▲削坡建房

  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： 

• 全天候工作，主动获取数据；

• 隐蔽性好，抗有源干扰能力强，且获取数据范围广；

• 激光穿透能力强；

• 外业工作量小；

• 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。

转载于：广东省国土资源测绘院

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