東英測(cè)繪——激光雷達(dá)數(shù)據(jù)是什么？看完這篇你就懂了

什么是激光雷達(dá)數(shù)據(jù)？

激光雷達(dá)（激光探測(cè)及測(cè)距）是一項(xiàng)光學(xué)遙感技術(shù)，它利用激光對(duì)地球表面進(jìn)行密集采樣，以產(chǎn)生高精度的 x,y,z 測(cè)量值。激光雷達(dá)主要用于機(jī)載激光制圖應(yīng)用程序中，正逐漸成為替代傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的具有成本效益的新技術(shù)。激光雷達(dá)能生成可通過(guò) ArcGIS 進(jìn)行管理、顯示、分析以及共享的離散多點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。

激光雷達(dá)系統(tǒng)的主要硬件組成部分包括一組車輛（飛機(jī)、直升機(jī)、車輛以及三腳架）、激光掃描系統(tǒng)、GPS（全球定位系統(tǒng)）和 INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）。INS 系統(tǒng)測(cè)量激光雷達(dá)系統(tǒng)的滾動(dòng)角、俯仰角與前進(jìn)方向。

激光雷達(dá)是一個(gè)主動(dòng)光學(xué)傳感器，它在沿著特定的測(cè)量路徑移動(dòng)時(shí)向一個(gè)目標(biāo)發(fā)射激光束。激光雷達(dá)傳感器中的接收器會(huì)對(duì)從目標(biāo)反射回來(lái)的激光進(jìn)行檢測(cè)和分析。這些接收器會(huì)記錄激光脈沖從離開系統(tǒng)到返回系統(tǒng)的精確時(shí)間，以此計(jì)算傳感器與目標(biāo)之間的范圍距離。這些距離測(cè)量值會(huì)與位置信息（GPS 和 INS）一起轉(zhuǎn)換為對(duì)象空間中反射目標(biāo)實(shí)際三維點(diǎn)的測(cè)量值。

完成激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集測(cè)量之后，將通過(guò)分析激光的時(shí)間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息將點(diǎn)數(shù)據(jù)后處理成高度精確的地理配準(zhǔn) x,y,z 坐標(biāo)。

什么是激光雷達(dá)回波？

從激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的激光脈沖會(huì)從地表面和地表上的物體反射：植被、建筑物以及橋梁等等。發(fā)射出的一個(gè)激光脈沖可能會(huì)以一個(gè)或多個(gè)回波的形式返回到激光雷達(dá)傳感器。任何發(fā)射出的激光脈沖在向地面?zhèn)鞑r(shí)，如果遇到多個(gè)反射表面則會(huì)被分割成與反射表面一樣多的回波。

最先返回的激光脈沖是最重要的回波，它將與地表最高的要素相關(guān)聯(lián)，比如樹頂或建筑物頂部。第一個(gè)回波也可能表示地面，在這種情況下激光雷達(dá)系統(tǒng)只會(huì)檢測(cè)到一個(gè)回波。

多個(gè)回波可以檢測(cè)在向外發(fā)射的激光脈沖的激光腳點(diǎn)內(nèi)的多個(gè)對(duì)象的高程。中間的回波通常對(duì)應(yīng)于植被結(jié)構(gòu)，而最后的回波對(duì)應(yīng)于裸露地表 terrain 模型。

最后的回波并非始終從地面返回。比如，考慮這樣一種情況，一個(gè)脈沖在向地面發(fā)射的過(guò)程時(shí)撞到粗壯的樹枝，根本沒(méi)有達(dá)到地面。在這種情況下，最后的回波不是從地面返回，而是從反射了整個(gè)激光脈沖的樹枝返回。

什么是激光雷達(dá)點(diǎn)屬性？

附加信息與每個(gè) x、y 和 z 位置值存儲(chǔ)在一起。為每個(gè)記錄的激光脈沖保留以下激光雷達(dá)點(diǎn)屬性：強(qiáng)度、回波編號(hào)、回波數(shù)、點(diǎn)分類值、在飛行航線邊緣的點(diǎn)、RGB（紅、綠和藍(lán)）值、GPS 時(shí)間、掃描角度和掃描方向。

什么是點(diǎn)云？

經(jīng)過(guò)后處理，從空間上進(jìn)行過(guò)組織的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)被稱為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。初始點(diǎn)云是 3D 高程點(diǎn)的大集合，其包括 x 值、y 值、z 值以及 GPS 時(shí)間戳等其他屬性。在初始激光雷達(dá)點(diǎn)云經(jīng)過(guò)后處理后，可對(duì)激光遇到的特定表面要素進(jìn)行分類。地面、建筑物、森林冠層、高速公路以及任何激光束在測(cè)量過(guò)程中遇到的物體構(gòu)成了點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

什么是激光雷達(dá)強(qiáng)度數(shù)據(jù)？

強(qiáng)度是反映生成某點(diǎn)的激光雷達(dá)脈沖回波強(qiáng)度的一種測(cè)量指標(biāo)（針對(duì)每個(gè)點(diǎn)而采集）。該值在一定程度上基于被激光雷達(dá)脈沖掃到的對(duì)象的反射率。

反射率是所用波長(zhǎng)（通常是在近紅外波段）的函數(shù)?；夭ǖ膹?qiáng)度隨反射回波的表面對(duì)象的組成而有所不同。

強(qiáng)度可用于幫助要素檢測(cè)和提取以及激光雷達(dá)點(diǎn)分類，還可以在無(wú)可用航空影像時(shí)用于替代航空影像。強(qiáng)度是相對(duì)的而不是量化的，因此不能預(yù)期從不同飛行或不同高程的相同目標(biāo)得到相同的值。

如果激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中包含強(qiáng)度值，則可使用這些強(qiáng)度值繪制出類似黑白航空照片的圖像。

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