什(shén)麽是點雲密度？機載激光(guāng)雷達點雲數據的(de)應用(yòng)現狀

發布日期：2019-02-15 00:00 浏覽量：19061

在測繪行業規範中規定，隻有達到了(le)相應點雲密度才能生産對(duì)應比例尺的(de)産品，很多(duō) LiDAR 數據處理(lǐ)算(suàn)法也(yě)對(duì)點雲密度有要求。可(kě)見點雲密度涉及了(le) Li DAR技術的(de)硬件制造、數據采集和(hé)數據處理(lǐ)及應用(yòng)的(de)整個(gè)鏈條，是 Li DAR 技術的(de)關鍵指标。

什(shén)麽是點雲密度？

點雲密度是機載激光(guāng)雷達點雲數據的(de)重要屬性，反映了(le)激光(guāng)腳點空間分(fēn)布的(de)特點及密集程度，而激光(guāng)腳點的(de)空間分(fēn)布直接反映了(le)地物(wù)的(de)空間分(fēn)布狀态和(hé)特點。一般認爲，點雲密度的(de)作用(yòng)類似遙感影(yǐng)像的(de)分(fēn)辨率，點雲密度越大(dà)，則能探測更微小目标。

随著(zhe)波形數據采集儀、多(duō)波束（MPIA）技術、多(duō)頻(pín)率技術、多(duō)激光(guāng)掃描頭等軟硬件技術的(de)出現，以及激光(guāng)發射頻(pín)率的(de)快(kuài)速提高(gāo)，Li DAR 點雲密集程度一直在提高(gāo)，不斷推動 Li DAR 技術的(de)應用(yòng)。

點雲密度與數據質量的(de)關系

衆多(duō)學者通(tōng)過研究發現點雲密度從不同程序會對(duì)産品質量影(yǐng)響：

通(tōng)過點雲密度對(duì)林(lín)分(fēn)高(gāo)度反演的(de)影(yǐng)響，發現不同密度點雲數據反演的(de)結果差異不大(dà)，高(gāo)密度的(de)點雲可(kě)以進行更小尺度的(de)林(lín)分(fēn)平均高(gāo)的(de)估計和(hé)單木(mù)樹高(gāo)的(de)估計。

點雲密度對(duì)利用(yòng)模型輔助方法評估森林(lín)調查變量的(de)影(yǐng)響，指出不同點雲密度對(duì)模型精度的(de)影(yǐng)響差異不大(dà)。

密度不同的(de)點雲數據對(duì)地表曲率、坡向、地表糙度３種直觀指标的(de)不同影(yǐng)響，結論是使用(yòng)不同密度點雲對(duì)地表起伏較大(dà)的(de)地形曲率影(yǐng)響更爲明(míng)顯，對(duì)于起伏較小的(de)地形則影(yǐng)響不明(míng)顯；對(duì)坡向變化(huà)影(yǐng)響不明(míng)顯；對(duì)地表糙度的(de)影(yǐng)響比較複雜(zá)。

在不同點雲密度作業模式下(xià)電力巡線的(de)差異，指出點雲密度在一定範圍時(shí)，不僅能提取電力巡線及電力線和(hé)杆塔信息，還(hái)能有效提高(gāo)數據采集效率，降低數據處理(lǐ)及存儲成本。

使用(yòng)密度特征去除噪聲

三維激光(guāng)掃描儀數據采集的(de)過程中，會出現由環境等因素産生的(de)噪聲數據。由于噪聲出現的(de)概率較小，則假定其所在區(qū)域是點雲密度較低的(de)區(qū)域，可(kě)以找出低密度區(qū)域，将其作爲噪聲去除。

點雲密度特征在 LiDAR 數據分(fēn)類中的(de)應用(yòng)

通(tōng)過密度特征輔助進行 LiDAR 數據的(de)分(fēn)類，提供專題信息。Sithole 等簡單探討(tǎo)了(le)點雲密度對(duì)濾波會産生影(yǐng)響，但是沒有深入研究。Balsa-Barreiro 等指出不同地類覆蓋點雲密度的(de)不同，這(zhè)是使用(yòng)密度特征進行目标分(fēn)割的(de)基礎。Chu 及 Liu 等利用(yòng)點雲密度指數及其他(tā)特征成功檢測并提取了(le)滑坡。Worstell 等使用(yòng)點雲密度信息進行了(le)識别水(shuǐ)體的(de)研究。Shi 等使用(yòng)密度信息對(duì)車載點雲數據進行了(le)目标分(fēn)割。李樂(yuè)林(lín)等通(tōng)過建築物(wù)和(hé)樹木(mù)區(qū)域多(duō)次回波點雲在區(qū)域密度上的(de)巨大(dà)差異來(lái)識别建築物(wù)點雲和(hé)樹木(mù)點雲。王果等提出了(le)考慮局部點雲密度的(de)自适應建築立面分(fēn)割方法，将局部點雲密度作爲點雲分(fēn)割的(de)一個(gè)因素。這(zhè)些方法都是将點雲密度特征作爲目标識别的(de)判斷依據，通(tōng)過對(duì)密度的(de)分(fēn)割完成了(le)點雲的(de)分(fēn)割。

綜上所述，點雲密度特征能夠準确反映目标空間分(fēn)布的(de)狀态，可(kě)以廣泛應用(yòng)于 LiDAR 數據處理(lǐ)與應用(yòng)中，但是現有研究及應用(yòng)大(dà)多(duō)基于平面密度進行分(fēn)析，不能充分(fēn)反映三維點雲的(de)真實密度特征。

目前的(de)實踐研究還(hái)沒有建立三維空間描述的(de)點雲密度特征與地物(wù)空間分(fēn)布特征之間的(de)對(duì)應規律，應用(yòng)實踐中對(duì)密度特征的(de)理(lǐ)解和(hé)使用(yòng)比較簡單。

飛(fēi)燕遙感公司購(gòu)入的(de)兩台國際上最先進的(de)RIEGL VQ-1560i 。機載激光(guāng)雷達作爲一種新型主動式航空傳感器，在高(gāo)精度三維地形數據（數字高(gāo)程模型(DEM）的(de)快(kuài)速、準确提取方面，具有傳統手段不可(kě)替代的(de)獨特優勢。

國際上最先進的(de)機載激光(guāng)雷達RIEGL VQ-1560i.jpg

其最大(dà)激光(guāng)發射頻(pín)率高(gāo)達200萬赫茲，有效地面測量速度達1,330,000點/秒，最高(gāo)可(kě)在4700米的(de)海拔處作業。該系統能夠在不同高(gāo)度進行飛(fēi)行作業獲取大(dà)範圍高(gāo)密度點雲。因此特别合适對(duì)超大(dà)面積區(qū)域和(hé)複雜(zá)城(chéng)市環境進行空中測繪。

随著(zhe) LiDAR 硬件技術的(de)迅速發展，點雲數據的(de)密度不斷提高(gāo)，高(gāo)密度的(de)點雲包含了(le)更多(duō)的(de)地表特征和(hé)規律。