什么是激光雷達(dá)數(shù)據(jù)?什么是回波、點(diǎn)屬性、強(qiáng)度？看完更懂激光雷達(dá)！

  什么是激光雷達(dá)數(shù)據(jù)?什么是回波、點(diǎn)屬性、強(qiáng)度?看完更懂激光雷達(dá)!

  激光雷達(dá)(激光探測及測距)是一項(xiàng)光學(xué)遙感技術(shù)，它利用激光對地球表面進(jìn)行密集采樣，以產(chǎn)生高精度的 x,y,z 測量值。激光雷達(dá)主要用于機(jī)載激光制圖應(yīng)用程序中，正日益成為替代傳統(tǒng)測量技術(shù)(如攝影測量)的具有成本效益的新技術(shù)。激光雷達(dá)能生成可通過 ArcGIS 進(jìn)行管理、顯示、分析以及共享的離散多點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。

  激光雷達(dá)系統(tǒng)的主要硬件組成部分包括一組車輛(飛機(jī)、直升機(jī)、車輛以及三腳架)、激光掃描系統(tǒng)、GPS(全球定位系統(tǒng))和 INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))。INS 系統(tǒng)測量激光雷達(dá)系統(tǒng)的滾動角、俯仰角與前進(jìn)方向。

  激光雷達(dá)是一個(gè)主動光學(xué)傳感器，它在沿著特定的測量路徑移動時(shí)向一個(gè)目標(biāo)發(fā)射激光束。激光雷達(dá)傳感器中的接收器會對從目標(biāo)反射回來的激光進(jìn)行檢測和分析。這些接收器會記錄激光脈沖從離開系統(tǒng)到返回系統(tǒng)的精確時(shí)間，以此計(jì)算傳感器與目標(biāo)之間的范圍距離。這些距離測量值會與位置信息(GPS 和 INS)一起轉(zhuǎn)換為對象空間中反射目標(biāo)實(shí)際三維點(diǎn)的測量值。

  完成激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集測量之后，將通過分析激光的時(shí)間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息將點(diǎn)數(shù)據(jù)后處理成高度精確的地理配準(zhǔn) x,y,z 坐標(biāo)。

  什么是激光雷達(dá)回波?

  從激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的激光脈沖會從地表面和地表上的物體反射：植被、建筑物以及橋梁等等。發(fā)射出的一個(gè)激光脈沖可能會以一個(gè)或多個(gè)回波的形式返回到激光雷達(dá)傳感器。任何發(fā)射出的激光脈沖在向地面?zhèn)鞑r(shí)，如果遇到多個(gè)反射表面則會被分割成與反射表面一樣多的回波。

  最先返回的激光脈沖是最重要的回波，它將與地表最高的要素相關(guān)聯(lián)，比如樹頂或建筑物頂部。第一個(gè)回波也可能表示地面，在這種情況下激光雷達(dá)系統(tǒng)只會檢測到一個(gè)回波。

  多個(gè)回波可以檢測在向外發(fā)射的激光脈沖的激光腳點(diǎn)內(nèi)的多個(gè)對象的高程。中間的回波通常對應(yīng)于植被結(jié)構(gòu)，而最后的回波對應(yīng)于裸露地表 terrain 模型。

  最后的回波并非始終從地面返回。比如，考慮這樣一種情況，一個(gè)脈沖在向地面發(fā)射的過程時(shí)撞到粗壯的樹枝，根本沒有達(dá)到地面。在這種情況下，最后的回波不是從地面返回，而是從反射了整個(gè)激光脈沖的樹枝返回。

  什么是激光雷達(dá)點(diǎn)屬性?

  附加信息與每個(gè) x、y 和 z 位置值存儲在一起。為每個(gè)記錄的激光脈沖保留以下激光雷達(dá)點(diǎn)屬性：強(qiáng)度、回波編號、回波數(shù)、點(diǎn)分類值、在飛行航線邊緣的點(diǎn)、RGB(紅、綠和藍(lán))值、GPS 時(shí)間、掃描角度和掃描方向。下表介紹了可以隨每個(gè)激光雷達(dá)點(diǎn)提供的屬性。'

  什么是點(diǎn)云?

  經(jīng)過后處理，從空間上進(jìn)行過組織的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)被稱為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。初始點(diǎn)云是 3D 高程點(diǎn)的大集合，其包括 x 值、y 值、z 值以及 GPS 時(shí)間戳等其他屬性。在初始激光雷達(dá)點(diǎn)云經(jīng)過后處理后，可對激光遇到的特定表面要素進(jìn)行分類。地面、建筑物、森林冠層、高速公路以及任何激光束在測量過程中遇到的物體構(gòu)成了點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

  什么是激光雷達(dá)強(qiáng)度數(shù)據(jù)?

  強(qiáng)度是反映生成某點(diǎn)的激光雷達(dá)脈沖回波強(qiáng)度的一種測量指標(biāo)(針對每個(gè)點(diǎn)而采集)。該值在一定程度上基于被激光雷達(dá)脈沖掃到的對象的反射率。

  反射率是所用波長(通常是在近紅外波段)的函數(shù)。回波的強(qiáng)度隨反射回波的表面對象的組成而有所不同。

  強(qiáng)度可用于幫助要素檢測和提取以及激光雷達(dá)點(diǎn)分類，還可以在無可用航空影像時(shí)用于替代航空影像。強(qiáng)度是相對的而不是量化的，因此不能預(yù)期從不同飛行或不同高程的相同目標(biāo)得到相同的值。

  如果激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中包含強(qiáng)度值，則可使用這些強(qiáng)度值繪制出類似黑白航空照片的圖像。

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