什么是點(diǎn)云密度？機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

發(fā)布日期：2019-02-15 00:00 瀏覽量：20645

在測(cè)繪行業(yè)規(guī)范中規(guī)定，只有達(dá)到了相應(yīng)點(diǎn)云密度才能生產(chǎn)對(duì)應(yīng)比例尺的產(chǎn)品，很多 LiDAR 數(shù)據(jù)處理算法也對(duì)點(diǎn)云密度有要求。可見(jiàn)點(diǎn)云密度涉及了 Li DAR技術(shù)的硬件制造、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用的整個(gè)鏈條，是 Li DAR 技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。

什么是點(diǎn)云密度？

點(diǎn)云密度是機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的重要屬性，反映了激光腳點(diǎn)空間分布的特點(diǎn)及密集程度，而激光腳點(diǎn)的空間分布直接反映了地物的空間分布狀態(tài)和特點(diǎn)。一般認(rèn)為，點(diǎn)云密度的作用類似遙感影像的分辨率，點(diǎn)云密度越大，則能探測(cè)更微小目標(biāo)。

隨著波形數(shù)據(jù)采集儀、多波束（MPIA）技術(shù)、多頻率技術(shù)、多激光掃描頭等軟硬件技術(shù)的出現(xiàn)，以及激光發(fā)射頻率的快速提高，Li DAR 點(diǎn)云密集程度一直在提高，不斷推動(dòng) Li DAR 技術(shù)的應(yīng)用。

點(diǎn)云密度與數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)系

眾多學(xué)者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)點(diǎn)云密度從不同程序會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響：

通過(guò)點(diǎn)云密度對(duì)林分高度反演的影響，發(fā)現(xiàn)不同密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)反演的結(jié)果差異不大，高密度的點(diǎn)云可以進(jìn)行更小尺度的林分平均高的估計(jì)和單木樹(shù)高的估計(jì)。

點(diǎn)云密度對(duì)利用模型輔助方法評(píng)估森林調(diào)查變量的影響，指出不同點(diǎn)云密度對(duì)模型精度的影響差異不大。

密度不同的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)地表曲率、坡向、地表糙度３種直觀指標(biāo)的不同影響，結(jié)論是使用不同密度點(diǎn)云對(duì)地表起伏較大的地形曲率影響更為明顯，對(duì)于起伏較小的地形則影響不明顯；對(duì)坡向變化影響不明顯；對(duì)地表糙度的影響比較復(fù)雜。

在不同點(diǎn)云密度作業(yè)模式下電力巡線的差異，指出點(diǎn)云密度在一定范圍時(shí)，不僅能提取電力巡線及電力線和桿塔信息，還能有效提高數(shù)據(jù)采集效率，降低數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)成本。

使用密度特征去除噪聲

三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)由環(huán)境等因素產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)。由于噪聲出現(xiàn)的概率較小，則假定其所在區(qū)域是點(diǎn)云密度較低的區(qū)域，可以找出低密度區(qū)域，將其作為噪聲去除。

點(diǎn)云密度特征在 LiDAR 數(shù)據(jù)分類中的應(yīng)用

通過(guò)密度特征輔助進(jìn)行 LiDAR 數(shù)據(jù)的分類，提供專題信息。Sithole 等簡(jiǎn)單探討了點(diǎn)云密度對(duì)濾波會(huì)產(chǎn)生影響，但是沒(méi)有深入研究。Balsa-Barreiro 等指出不同地類覆蓋點(diǎn)云密度的不同，這是使用密度特征進(jìn)行目標(biāo)分割的基礎(chǔ)。Chu 及 Liu 等利用點(diǎn)云密度指數(shù)及其他特征成功檢測(cè)并提取了滑坡。Worstell 等使用點(diǎn)云密度信息進(jìn)行了識(shí)別水體的研究。Shi 等使用密度信息對(duì)車載點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了目標(biāo)分割。李樂(lè)林等通過(guò)建筑物和樹(shù)木區(qū)域多次回波點(diǎn)云在區(qū)域密度上的巨大差異來(lái)識(shí)別建筑物點(diǎn)云和樹(shù)木點(diǎn)云。王果等提出了考慮局部點(diǎn)云密度的自適應(yīng)建筑立面分割方法，將局部點(diǎn)云密度作為點(diǎn)云分割的一個(gè)因素。這些方法都是將點(diǎn)云密度特征作為目標(biāo)識(shí)別的判斷依據(jù)，通過(guò)對(duì)密度的分割完成了點(diǎn)云的分割。

綜上所述，點(diǎn)云密度特征能夠準(zhǔn)確反映目標(biāo)空間分布的狀態(tài)，可以廣泛應(yīng)用于 LiDAR 數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用中，但是現(xiàn)有研究及應(yīng)用大多基于平面密度進(jìn)行分析，不能充分反映三維點(diǎn)云的真實(shí)密度特征。

目前的實(shí)踐研究還沒(méi)有建立三維空間描述的點(diǎn)云密度特征與地物空間分布特征之間的對(duì)應(yīng)規(guī)律，應(yīng)用實(shí)踐中對(duì)密度特征的理解和使用比較簡(jiǎn)單。

飛燕遙感公司購(gòu)入的兩臺(tái)國(guó)際上最先進(jìn)的RIEGL VQ-1560i 。機(jī)載激光雷達(dá)作為一種新型主動(dòng)式航空傳感器，在高精度三維地形數(shù)據(jù)（數(shù)字高程模型(DEM）的快速、準(zhǔn)確提取方面，具有傳統(tǒng)手段不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

國(guó)際上最先進(jìn)的機(jī)載激光雷達(dá)RIEGL VQ-1560i.jpg

其最大激光發(fā)射頻率高達(dá)200萬(wàn)赫茲，有效地面測(cè)量速度達(dá)1,330,000點(diǎn)/秒，最高可在4700米的海拔處作業(yè)。該系統(tǒng)能夠在不同高度進(jìn)行飛行作業(yè)獲取大范圍高密度點(diǎn)云。因此特別合適對(duì)超大面積區(qū)域和復(fù)雜城市環(huán)境進(jìn)行空中測(cè)繪。

隨著 LiDAR 硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的密度不斷提高，高密度的點(diǎn)云包含了更多的地表特征和規(guī)律。

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