機(jī)載激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)以大量的空間點(diǎn)為主,俗稱點(diǎn)云。機(jī)載LiDAR點(diǎn)云密度用于描述單位面積上激光雷達(dá)點(diǎn)的平均數(shù)量,定義為以高程方向?yàn)榉ㄏ蚍较?、單位面積上激光雷達(dá)點(diǎn)的平均數(shù)量,它反映了激光雷達(dá)腳點(diǎn)空間分布的特點(diǎn)及密集程度。密度作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的重要屬性,是分辨地物細(xì)微程度的一種度量,越高的點(diǎn)云密度就能探測(cè)越微小目標(biāo),也就能夠更精確地描述地形地物的特征和規(guī)律。點(diǎn)云密度作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo),反映著數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)應(yīng)用的能力。并且,點(diǎn)云密度作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理算法的運(yùn)算前提,影響著數(shù)據(jù)處理的精度和效率??梢哉f,點(diǎn)云密度貫穿著整個(gè)機(jī)載激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、處理、應(yīng)用的生命周期。
點(diǎn)云密度作為激光雷達(dá)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo),其重要性歸納如下:
點(diǎn)云密度是成果提交時(shí)必要的質(zhì)檢項(xiàng),是項(xiàng)目成果的主要指標(biāo)之一;
點(diǎn)云密度是航線規(guī)劃、激光雷達(dá)作業(yè)參數(shù)設(shè)置需考慮的主要指標(biāo)之一;
點(diǎn)云密度是分辨地形地物特征細(xì)微程度的度量,是點(diǎn)云質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一;
點(diǎn)云密度是激光雷達(dá)硬件性能的主要指標(biāo)之一;
點(diǎn)云密度是點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理軟件各步驟算法的重要參量,參量的設(shè)置和優(yōu)化決定了最終的處理效果;
點(diǎn)云密度與項(xiàng)目成本密切相關(guān)。
近幾年,隨著激光雷達(dá)技術(shù)的普及和多行業(yè)應(yīng)用的延展,引導(dǎo)了無人機(jī)LiDAR硬件系統(tǒng)的快速迭代和大量新品的上市,外業(yè)獲取的點(diǎn)云精度越來越高、密度越來越大,甚至單架次、單航帶的機(jī)載LiDAR的點(diǎn)云密度優(yōu)于1000個(gè)點(diǎn)/平方米、與部分車載LiDAR點(diǎn)云密度水平相當(dāng),著實(shí)讓人驚奇和興奮。雖然高密度的無人機(jī)LiDAR點(diǎn)云已經(jīng)成為目前一種主流空間數(shù)據(jù)類型,但由于后處理軟件相對(duì)于硬件系統(tǒng)升級(jí)的滯后性,使得高密度點(diǎn)云應(yīng)用還不成熟。
圖1 某林地的高密度機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)
(點(diǎn)云密度為750 pt/m2)
下圖展示的是海達(dá)數(shù)云PM-1500在同一區(qū)域,以不同高度獲取的三種不同密度的機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù),設(shè)備同時(shí)搭載有航測(cè)相機(jī),點(diǎn)云經(jīng)過影像著色處理。
(a) 航高700m、點(diǎn)密度為5 pt/m2
(b) 航高400m、點(diǎn)密度為19 pt/m2
(c) 航高300m、點(diǎn)密度為105 pt/m2
圖2 PM-1500獲取的機(jī)載LiDAR點(diǎn)云
以上三圖的點(diǎn)云密度逐漸升高,由此可見,越高的點(diǎn)云密度能探測(cè)越微小目標(biāo),也能夠更精確地描述地形地物的特征和規(guī)律。
點(diǎn)云密度作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理軟件必須考慮的因素。然而,目前多數(shù)的點(diǎn)云后處理軟件涉及的很多算法和工具并沒有考慮密度因素,并不具備完全的通用性。多數(shù)軟件對(duì)于中低密度點(diǎn)云可獲得較好的成果,但用于高密度點(diǎn)云處理時(shí),往往存在軟件易崩潰、處理進(jìn)程停止或者處理效果不佳的現(xiàn)象。需要對(duì)比和探索多種軟件才能獲取最佳的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方案。對(duì)此,銀河點(diǎn)點(diǎn)通軟件基于十余年科研成果的轉(zhuǎn)化,算法積累和打磨,我們從數(shù)據(jù)處理端,針對(duì)高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理給出“錦囊妙計(jì)”。
銀河點(diǎn)點(diǎn)通基于創(chuàng)新性的面向?qū)ο蟮狞c(diǎn)云分析理論,形成一套完整的從“點(diǎn)云→配準(zhǔn)→點(diǎn)云分割→語(yǔ)義標(biāo)注→單體化→3D建?!y(tǒng)計(jì)分析”的點(diǎn)云處理和分析技術(shù)流程。針對(duì)當(dāng)前高密度點(diǎn)云難以處理的現(xiàn)狀,銀河點(diǎn)點(diǎn)通開發(fā)出高密度點(diǎn)云模塊,為高密度機(jī)載點(diǎn)云濾波、分類和單木分割提供一站式的解決方案。
銀河點(diǎn)點(diǎn)通基于創(chuàng)新性的面向?qū)ο蟮狞c(diǎn)云分析理論,形成一套完整的從“點(diǎn)云→配準(zhǔn)→點(diǎn)云分割→語(yǔ)義標(biāo)注→單體化→3D建?!y(tǒng)計(jì)分析”的點(diǎn)云處理和分析技術(shù)流程。針對(duì)當(dāng)前高密度點(diǎn)云難以處理的現(xiàn)狀,銀河點(diǎn)點(diǎn)通開發(fā)出高密度點(diǎn)云模塊,為高密度機(jī)載點(diǎn)云濾波、分類和單木分割提供一站式的解決方案。
圖3 高密度一鍵式點(diǎn)云分類功能
關(guān)于軟件功能的具體應(yīng)用將在后面系列中為大家一一分享。
綜上所述,隨著激光雷達(dá)設(shè)備硬件制造技術(shù)的提升,項(xiàng)目質(zhì)量要求向著高精度、高精細(xì)化、高分辨率的發(fā)展,激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用方向的拓展,都展示出了高密度的無人機(jī)LiDAR點(diǎn)云已逐漸成為點(diǎn)云發(fā)展的大趨勢(shì)之一,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)硬件設(shè)備的升級(jí)也為大數(shù)據(jù)量的承載提供了可能。銀河點(diǎn)點(diǎn)通愿在點(diǎn)云的后處理階段為這一趨勢(shì)助力,為行業(yè)的技術(shù)升級(jí)貢獻(xiàn)一絲力量,為用戶的行業(yè)應(yīng)用提供更多可能。