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

發(fā)布日期：2019-02-15 00:00 瀏覽量：21844

在測繪行業(yè)規(guī)范中規(guī)定，只有達(dá)到了相應(yīng)點云密度才能生產(chǎn)對應(yīng)比例尺的產(chǎn)品，很多 LiDAR 數(shù)據(jù)處理算法也對點云密度有要求。可見點云密度涉及了 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)用的整個鏈條，是 Li DAR 技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。

什么是點云密度？

點云密度是機(jī)載激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)的重要屬性，反映了激光腳點空間分布的特點及密集程度，而激光腳點的空間分布直接反映了地物的空間分布狀態(tài)和特點。一般認(rèn)為，點云密度的作用類似遙感影像的分辨率，點云密度越大，則能探測更微小目標(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 點云密集程度一直在提高，不斷推動 Li DAR 技術(shù)的應(yīng)用。

點云密度與數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)系

眾多學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)點云密度從不同程序會對產(chǎn)品質(zhì)量影響：

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

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

密度不同的點云數(shù)據(jù)對地表曲率、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云對地表起伏較大的地形曲率影響更為明顯，對于起伏較小的地形則影響不明顯；對坡向變化影響不明顯；對地表糙度的影響比較復(fù)雜。

在不同點云密度作業(yè)模式下電力巡線的差異，指出點云密度在一定范圍時，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)采集的過程中，會出現(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。

點云密度特征在 LiDAR 數(shù)據(jù)分類中的應(yīng)用

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

綜上所述，點云密度特征能夠準(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云的真實密度特征。

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

飛燕遙感公司購入的兩臺國際上最先進(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)手段不可替代的獨特優(yōu)勢。

國際上最先進(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)200萬赫茲，有效地面測量速度達(dá)1,330,000點/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云。因此特別合適對超大面積區(qū)域和復(fù)雜城市環(huán)境進(jìn)行空中測繪。

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

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