什么是點(diǎn)云密度？機載激光雷達點(diǎn)云數據的應用現狀

發(fā)布日期：2019-02-15 00:00 瀏覽量：19942

在測繪行業(yè)規范中規定，只有達到了相應點(diǎn)云密度才能生產(chǎn)對應比例尺的產(chǎn)品，很多 LiDAR 數據處理算法也對點(diǎn)云密度有要求?？梢?jiàn)點(diǎn)云密度涉及了 Li DAR技術(shù)的硬件制造、數據采集和數據處理及應用的整個(gè)鏈條，是 Li DAR 技術(shù)的關(guān)鍵指標。

什么是點(diǎn)云密度？

點(diǎn)云密度是機載激光雷達點(diǎn)云數據的重要屬性，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)。一般認為，點(diǎn)云密度的作用類(lèi)似遙感影像的分辨率，點(diǎn)云密度越大，則能探測更微小目標。

隨著(zhù)波形數據采集儀、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，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)的應用。

點(diǎn)云密度與數據質(zhì)量的關(guān)系

眾多學(xué)者通過(guò)研究發(fā)現點(diǎn)云密度從不同程序會(huì )對產(chǎn)品質(zhì)量影響：

通過(guò)點(diǎn)云密度對林分高度反演的影響，發(fā)現不同密度點(diǎn)云數據反演的結果差異不大，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和單木樹(shù)高的估計。

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

密度不同的點(diǎn)云數據對地表曲率、坡向、地表糙度３種直觀(guān)指標的不同影響，結論是使用不同密度點(diǎn)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雜。

在不同點(diǎn)云密度作業(yè)模式下電力巡線(xiàn)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(xiàn)及電力線(xiàn)和桿塔信息，還能有效提高數據采集效率，降低數據處理及存儲成本。

使用密度特征去除噪聲

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

點(diǎn)云密度特征在 LiDAR 數據分類(lèi)中的應用

通過(guò)密度特征輔助進(jìn)行 LiDAR 數據的分類(lèi)，提供專(zhuān)題信息。Sithole 等簡(jiǎn)單探討了點(diǎn)云密度對濾波會(huì )產(chǎn)生影響，但是沒(méi)有深入研究。Balsa-Barreiro 等指出不同地類(lèi)覆蓋點(diǎn)云密度的不同，這是使用密度特征進(jìn)行目標分割的基礎。Chu 及 Liu 等利用點(diǎn)云密度指數及其他特征成功檢測并提取了滑坡。Worstell 等使用點(diǎn)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(chē)載點(diǎn)云數據進(jìn)行了目標分割。李樂(lè )林等通過(guò)建筑物和樹(shù)木區域多次回波點(diǎn)云在區域密度上的巨大差異來(lái)識別建筑物點(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識別的判斷依據，通過(guò)對密度的分割完成了點(diǎn)云的分割。

綜上所述，點(diǎn)云密度特征能夠準確反映目標空間分布的狀態(tài)，可以廣泛應用于 LiDAR 數據處理與應用中，但是現有研究及應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應規律，應用實(shí)踐中對密度特征的理解和使用比較簡(jiǎn)單。

飛燕遙感公司購入的兩臺國際上最先進(jìn)的RIEGL VQ-1560i 。機載激光雷達作為一種新型主動(dòng)式航空傳感器，在高精度三維地形數據（數字高程模型(DEM）的快速、準確提取方面，具有傳統手段不可替代的獨特優(yōu)勢。

國際上最先進(jìn)的機載激光雷達RIEGL VQ-1560i.jpg

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

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