東英測繪——激光雷達數據是什么？看完這篇你就懂了

什么是激光雷達數據？

激光雷達（激光探測及測距）是一項光學遙感技術，它利用激光對地球表面進行密集采樣，以產生高精度的 x,y,z 測量值。激光雷達主要用于機載激光制圖應用程序中，正逐漸成為替代傳統測量技術的具有成本效益的新技術。激光雷達能生成可通過 ArcGIS 進行管理、顯示、分析以及共享的離散多點云數據集。

激光雷達系統的主要硬件組成部分包括一組車輛（飛機、直升機、車輛以及三腳架）、激光掃描系統、GPS（全球定位系統）和 INS（慣性導航系統）。INS 系統測量激光雷達系統的滾動角、俯仰角與前進方向。

激光雷達是一個主動光學傳感器，它在沿著特定的測量路徑移動時向一個目標發射激光束。激光雷達傳感器中的接收器會對從目標反射回來的激光進行檢測和分析。這些接收器會記錄激光脈沖從離開系統到返回系統的精確時間，以此計算傳感器與目標之間的范圍距離。這些距離測量值會與位置信息（GPS 和 INS）一起轉換為對象空間中反射目標實際三維點的測量值。

完成激光雷達數據采集測量之后，將通過分析激光的時間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息將點數據后處理成高度精確的地理配準 x,y,z 坐標。

什么是激光雷達回波？

從激光雷達系統發射的激光脈沖會從地表面和地表上的物體反射：植被、建筑物以及橋梁等等。發射出的一個激光脈沖可能會以一個或多個回波的形式返回到激光雷達傳感器。任何發射出的激光脈沖在向地面傳播時，如果遇到多個反射表面則會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聯，比如樹頂或建筑物頂部。第一個回波也可能表示地面，在這種情況下激光雷達系統只會檢測到一個回波。

多個回波可以檢測在向外發射的激光脈沖的激光腳點內的多個對象的高程。中間的回波通常對應于植被結構，而最后的回波對應于裸露地表 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，一個脈沖在向地面發射的過程時撞到粗壯的樹枝，根本沒有達到地面。在這種情況下，最后的回波不是從地面返回，而是從反射了整個激光脈沖的樹枝返回。

什么是激光雷達點屬性？

附加信息與每個 x、y 和 z 位置值存儲在一起。為每個記錄的激光脈沖保留以下激光雷達點屬性：強度、回波編號、回波數、點分類值、在飛行航線邊緣的點、RGB（紅、綠和藍）值、GPS 時間、掃描角度和掃描方向。

什么是點云？

經過后處理，從空間上進行過組織的激光雷達數據被稱為點云數據。初始點云是 3D 高程點的大集合，其包括 x 值、y 值、z 值以及 GPS 時間戳等其他屬性。在初始激光雷達點云經過后處理后，可對激光遇到的特定表面要素進行分類。地面、建筑物、森林冠層、高速公路以及任何激光束在測量過程中遇到的物體構成了點云數據。

什么是激光雷達強度數據？

強度是反映生成某點的激光雷達脈沖回波強度的一種測量指標（針對每個點而采集）。該值在一定程度上基于被激光雷達脈沖掃到的對象的反射率。

反射率是所用波長（通常是在近紅外波段）的函數。回波的強度隨反射回波的表面對象的組成而有所不同。

強度可用于幫助要素檢測和提取以及激光雷達點分類，還可以在無可用航空影像時用于替代航空影像。強度是相對的而不是量化的，因此不能預期從不同飛行或不同高程的相同目標得到相同的值。

如果激光雷達數據中包含強度值，則可使用這些強度值繪制出類似黑白航空照片的圖像。

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