在測繪行業(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)對應(yīng)比例尺的產(chǎn)品,很多 LiDAR 數(shù)據(jù)處理算法也對點(diǎn)云密度有要求??梢婞c(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 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)者通過研究發(fā)現(xiàn)點(diǎn)云密度從不同程序會對產(chǎn)品質(zhì)量影響:
通過點(diǎn)云密度對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)和單木樹高的估計(jì)。
點(diǎn)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(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(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(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(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(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(diǎn)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(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載點(diǎn)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(diǎn)云在區(qū)域密度上的巨大差異來識別建筑物點(diǎn)云和樹木點(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)識別的判斷依據(jù),通過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(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(yīng)規(guī)律,應(yīng)用實(shí)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(dú)特優(yōu)勢。
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(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(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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