激光雷達(dá)按載荷平臺分類有那些？

1、機(jī)載激光雷達(dá)

機(jī)載激光雷達(dá)是將激光測距設(shè)備、GNSS設(shè)備和INS等設(shè)備緊密集成，以飛行平臺為載體，通過對地面進(jìn)行掃描，記錄目標(biāo)的姿態(tài)、位置和反射強(qiáng)度等信息，獲取地表的三維信息，并深入加工得到所需空間信息的技術(shù)。

在軍民用領(lǐng)域都有廣泛的潛力和前景。機(jī)載激光雷達(dá)探測距離近，激光在大氣中傳輸時，能量受大氣影響而衰減，激光雷達(dá)的作用距離在20千米以內(nèi)，尤其在惡劣氣候條件下，比如濃霧、大雨和煙、塵，作用距離會大大縮短，難以有效工作。大氣湍流也會不同程度上降低激光雷達(dá)的測量精度。

2、車載激光雷達(dá)

車載激光雷達(dá)又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統(tǒng)，可以通過發(fā)射和接受激光束，分析激光遇到目標(biāo)對象后的折返時間，計(jì)算出目標(biāo)對象與車的相對距離，并利用收集的目標(biāo)對象表面大量的密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率等信息，快速復(fù)建出目標(biāo)的三維模型及各種圖件數(shù)據(jù)，建立三維點(diǎn)云圖，繪制出環(huán)境地圖，以達(dá)到環(huán)境感知的目的。

3、地基激光雷達(dá)

地基激光雷達(dá)可以獲取林區(qū)的3D點(diǎn)云信息，利用點(diǎn)云信息提取單木位置和樹高，它不僅節(jié)省了人力和物力，還提高了提取的精度，具有其它遙感方式所無法比擬的優(yōu)勢。

通過對國內(nèi)外該技術(shù)林業(yè)應(yīng)用的分析和對該發(fā)明研究后期的結(jié)果驗(yàn)證，未來將會在更大的研究區(qū)域利用該技術(shù)提取各種森林參數(shù)。

4、星載激光雷達(dá)

星載雷達(dá)采用衛(wèi)星平臺，運(yùn)行軌道高、觀測視野廣，可以觸及世界的每一個角落。為境外地區(qū)三維控制點(diǎn)和數(shù)字地面模型的獲取提供了新的途徑，無論對于國防或是科學(xué)研究都具有十分重大意義。星載激光雷達(dá)還具有觀察整個天體的能力，美國進(jìn)行的月球和火星等探測計(jì)劃中都包含了星載激光雷達(dá)，其所提供的數(shù)據(jù)資料可用于制作天體的綜合三維地形圖。此外，星載激光雷達(dá)載植被垂直分布測量、海面高度測量、云層和氣溶膠垂直分布測量以及特殊氣候現(xiàn)象監(jiān)測等方面也可以發(fā)揮重要作用。

車載激光雷達(dá)的行駛速度多少合適？

車載激光雷達(dá)的車速在60-75km/h時最合適：

• 太慢時，數(shù)據(jù)重復(fù)讀過高
• 太快時，發(fā)出信號無法接收到，數(shù)據(jù)容易缺失

為什么車載數(shù)據(jù)與地基數(shù)據(jù)相比完整性差一些？

選擇雷達(dá)載荷平臺時，需要綜合考慮數(shù)據(jù)的完整性和獲取效率。車載數(shù)據(jù)與地基數(shù)據(jù)相比完整性差一些，但靈活性好一些。

完整性差：車載激光雷達(dá)的車道軌跡限定了測量范圍與觀測角度，如只能獲得朝向車的一邊的數(shù)據(jù)，而不能獲取背向車的一面的數(shù)據(jù)，尤其是在建筑密集的中心城區(qū)運(yùn)行時，數(shù)據(jù)獲取不夠全面。而地基激光雷達(dá)是全站式的，在哪設(shè)站都可以，可以將數(shù)據(jù)測得更全面。

激光雷達(dá)在生成DEM遇到的問題和解決方法？

基于LiDAR數(shù)據(jù)生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM）的過程可以分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、粗（自動）分類、自動分類（濾波）精細(xì)化編輯4個階段。

1、點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

激光雷達(dá)獲取的是一系列空間分布不規(guī)則的點(diǎn)，但是這些點(diǎn)是具有三維坐標(biāo)值的離散點(diǎn)，無法直接進(jìn)行DEM生產(chǎn)。因此，點(diǎn)云數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行預(yù)處理。內(nèi)容包含有信息設(shè)定、重疊航帶區(qū)域處理、數(shù)據(jù)分幅、高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、投影換帶處理等。

基礎(chǔ)設(shè)定至關(guān)重要。作業(yè)人員需先通過學(xué)習(xí)，依照作業(yè)方案統(tǒng)一設(shè)定投影，高程系統(tǒng)，確定分幅和層色信息這些基本框架，然后才能進(jìn)入生產(chǎn)作業(yè)。以上設(shè)置步驟如果出現(xiàn)錯漏，將造成后續(xù)工作返工。該工序是批量處理的，該性質(zhì)決定預(yù)處理要選擇少量有經(jīng)驗(yàn)的骨干人員進(jìn)行，預(yù)處理完成后質(zhì)檢部門要及時跟進(jìn),做好過程檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題,杜絕出現(xiàn)頂層錯誤。

2、點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動分類

經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)就可以按照圖幅分發(fā)給作業(yè)員進(jìn)行編輯，作業(yè)員通過軟件先進(jìn)行粗(自動)分類，自動分類包含分離點(diǎn)和去噪兩方面的內(nèi)容。

分離點(diǎn)指的是將點(diǎn)云中的地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)分離。這種分離通過軟件即可實(shí)現(xiàn)，自動化程度較高。需要注意的是分離地面點(diǎn)時，冗余點(diǎn)一般不參與，只有在點(diǎn)云密度較低的區(qū)域，才引入冗余點(diǎn)層，便于提取地面點(diǎn)。

去噪是因?yàn)辄c(diǎn)云數(shù)據(jù)在采集時會混有不合理的噪聲點(diǎn)，這是由于儀器的系統(tǒng)誤差以及被測對象的物理特性引起的。常見以下3種情況:

低于地面的點(diǎn)或點(diǎn)群，是由于墻體、水面、物體材質(zhì)表面粗糙度不同等原因，對激光產(chǎn)生強(qiáng)反射，或造成多路徑效應(yīng)而產(chǎn)生，這些點(diǎn)一般是離散且明顯低于地面的

高于地表目標(biāo)的點(diǎn)或點(diǎn)群，如霧霾、飛鳥、飛機(jī)等空中物體對激光反射，生成高于地表的孤立點(diǎn)或點(diǎn)群

移動地物點(diǎn)，主要是車輛、輪船、塔吊等工程機(jī)械，其中車輛占有絕大多數(shù)

噪聲點(diǎn)只能減少，不可能完全避免。點(diǎn)云噪聲容易導(dǎo)致重構(gòu)的三角網(wǎng)模型面出現(xiàn)錯誤或不光滑現(xiàn)象，因此，必須通過后期數(shù)據(jù)處理方式去除。主要方法有:

利用剔除飛點(diǎn)和低點(diǎn)的算法，通過軟件可批量去除大部分噪聲點(diǎn)

利用人機(jī)交互的方法，個別分辨，遵循“所見即所得”的原則逐一解決，徹底將所有噪聲點(diǎn)去除干凈

3、點(diǎn)云數(shù)據(jù)精細(xì)分類

完成粗分類后，要進(jìn)一步將表達(dá)不同類地物的點(diǎn)云進(jìn)行自動分類，這個過程又稱為濾波，原理是依據(jù)不同地物的反射強(qiáng)度、形狀特征、回波次數(shù)等算法進(jìn)行分類。

裸露地表處必有一次回波，對應(yīng)的反射點(diǎn)即為地面點(diǎn)。植被覆蓋區(qū)域可能對應(yīng)多次回波，最后一次回波對應(yīng)反射點(diǎn)為地面點(diǎn)。從較低的激光點(diǎn)中提取初始地表面，設(shè)置地面坡度閾值，反復(fù)進(jìn)行迭代運(yùn)算直至找到合理地面點(diǎn)。分以下3個步驟進(jìn)行：

分離正常低點(diǎn)

分離空中點(diǎn)

分離地面點(diǎn)

其中建筑物較多的區(qū)域分離地面點(diǎn)的工作量大，要觀察建筑物分布情況及規(guī)模，設(shè)置合理的參數(shù)去除建筑物高出地面的點(diǎn)，還要避免大型建筑物被誤判為地面點(diǎn)。這些都需要根據(jù)地形及建筑物特征依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定最合理的參數(shù)。

自動分類一般不宜單獨(dú)操作，因考慮到點(diǎn)云分塊后相鄰塊間會有接邊問題，一般采用批處理的方式大批量執(zhí)行自動分類，注意在執(zhí)行前要設(shè)置緩沖區(qū)，通常設(shè)置為50m，通過緩沖區(qū)過度，能有效減少數(shù)據(jù)接邊問題。

4、點(diǎn)云數(shù)據(jù)精細(xì)分類中幾種特殊情況的處理方法

• 建筑物周圍硬化地表情況：居民地建筑物常出現(xiàn)四周高于地面的硬化地表，比如樓房前后的臺階

  常用的處理方式為：需將其地基周圍地形恢復(fù)平整，通過添加斷裂線可將該區(qū)域處理合理

• 道路或隔離帶情況：道路或街道隔離帶、非機(jī)動車道、綠化帶、花壇等被樹木遮擋較多，地面點(diǎn)云數(shù)量少，要使被樹木遮擋部分DEM高程正確

  常用的處理方式為：街道或隔離帶、非機(jī)動車道、綠化帶、花壇等保留，樹木遮擋部分添加斷裂線補(bǔ)充完整，高程信息參考有地面點(diǎn)的同一條綠化帶點(diǎn)云高程

• 水面處理：水面的特性是不反射激光點(diǎn)，因此水面上幾乎沒有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，無法真實(shí)地反映水流情況

  常用以下兩種方式處理：

  1.湖泊、水塘、水庫等封閉范圍的水面，以水涯線水位作為靜止水面高程標(biāo)準(zhǔn)

  2.河流面分兩類情況處理：一類是上下游河流水面高差大，河流斷裂面要由高到低緩慢過渡表示；另一類是河流水面高差較緩，需加斷裂面小于5cm梯度高程處理，原則上以攝影時的水位為準(zhǔn)加特征線

課程2.1節(jié)視頻31:40時留的作業(yè)（點(diǎn)云可視化）

將機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用垂直投影的方式實(shí)現(xiàn)可視化，取出了一小塊點(diǎn)云，假設(shè)像素大小為0.15m X 0.3m，請計(jì)算高度圖像中每個像素的屬性值和顏色值。首先要定義像素的網(wǎng)格，看有多少像素，計(jì)算每個像素的屬性值，再寫出對應(yīng)的顏色值。

XYH

258631.14000	470554.16000	46.48000
258631.25000	470552.59000	46.52000
258631.42000	470552.91000	46.50000
258631.60001	470553.21000	46.51000
258631.78000	470553.52000	46.50000
258631.96001	470553.83000	46.51000
258632.13001	470554.13000	46.51000

垂直投影：①定義圖像網(wǎng)格；②確定每個像素的屬性（高度）；③將屬性轉(zhuǎn)換為灰色值或顏色

22.05.06修改：

①課程3.1節(jié)視頻31:40時留的作業(yè)（點(diǎn)云可視化）審題思路：

0.15m X 0.3m（像素的間距代表的實(shí)際距離，X軸方向每隔0.15m一個點(diǎn)，Y軸方向每隔0.3m一個點(diǎn)）

計(jì)算出這段影像的每一個像素值計(jì)算出來，高度圖像的屬性值，需要先計(jì)算像素坐標(biāo)

首先要確定影像網(wǎng)格（根據(jù)散點(diǎn)生成二維影像），根據(jù)X、Y的最小值與最大值范圍確定這段影像的圖像網(wǎng)格范圍，根據(jù)像素尺寸（0.15m X 0.3m）確定這個范圍內(nèi)有多少網(wǎng)格

激光點(diǎn)放到網(wǎng)格中有3種情況：沒有激光點(diǎn)（線性內(nèi)插法、雙線性內(nèi)插法、外推法）；一個激光點(diǎn)（像素屬性值=激光點(diǎn)屬性值）；多個激光點(diǎn)（像素屬性值=平均值、像素屬性值=中位數(shù)、像素屬性值=最鄰近值）

將屬性轉(zhuǎn)換為灰色值或顏色，將屬性值的最小值到最大值的范圍映射到0-255上

具體解題細(xì)節(jié)見激光雷達(dá)課堂記錄中的pdf答案，可能內(nèi)插方面還存在問題（難點(diǎn)在于空的內(nèi)插怎么處理），可以后續(xù)使用matlab優(yōu)化修改，可以用griddata的nearest重新編程一下（雙線性內(nèi)插>最近值相似>線性內(nèi)插）

②自然資源部測繪司關(guān)于加快實(shí)景三維建設(shè)的文件，實(shí)景三維數(shù)據(jù)來源：1.攝影測量 2.激光雷達(dá)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LiDAR 22.04.30课堂笔记文件汇总的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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