Что такое данные лазерной съемки?

Лидар (Lidar – Light Identification, Detection and Ranging) – это технология получения и обработки информации дистанционного зондирования с помощью активных оптических систем (лазеров), использующих, в том числе, явления отражения света от поверхности Земли с проведением высокоточных измерений X, Y, Z координат. Лидар, в основном используемый в приложениях воздушной лазерной съемки, является экономически эффективной альтернативой традиционным методам съемки, таким как фотограмметрия. Данные лидарной съемки представляют собой наборы данных облака точек, которые могут управляться, отображаться, анализироваться и публиковаться с помощью ArcGIS Pro.

Основными компонентами аппаратного обеспечения лидара являются: транспортное средство или устройство (самолет, вертолет, штатив), система лазерного сканирования, GPS (Глобальная система позиционирования) и INS (Внутренняя система позиционирования). INS (Внутренняя система позиционирования) измеряет крен, тангаж и рысканье системы.

Лидар – это активный оптический сенсор, испускающий лазерные лучи в сторону цели во время движения транспортного средства по специальным съемочным маршрутам. Отражение лазера от объекта принимается и анализируется сенсором. Приемники записывают точное время, прошедшее с момента испускания лазерного импульса системой до момента его возвращения, для того чтобы вычислить расстояние между сенсором и целью. Совместно с информацией о внутреннем и внешнем позиционировании (GPS и INS), эти расстояния преобразуются в трехмерные точки, отображающие поверхность отражения лазерных импульсов.

Точечные данные подвергаются последующей обработке после сбора с учетом диапазона времени работы лазера, угла сканирования, координат GPS, информации о внутреннем позиционировании (INS), что позволяет получить точные координаты x,y,z.

Отражения лазерных импульсов лидара

Лазерные импульсы, испускаемые лидаром, отражаются как от находящихся на поверхности земли, так и от находящихся над землей объектов: от растительного покрова, строений, мостов и т.д. Один лазерный импульс может отражаться и возвращаться к сенсору как один раз, так и несколько. Любой лазерный импульс претерпевает несколько отражений при его движении к земной поверхности, разделяясь на столько частей, от какого количества поверхностей он отразился.

Первый отраженный сигнал является наиболее показательным и будет соответствовать самому высокому объекту ландшафта, такому как, например, верхушка дерева либо крыша здания. Первый отраженный сигнал может также соответствовать и земной поверхности. В этом случае лидаром будет захвачено только одно отражение. Несколько отраженных сигналов используются для получения высот нескольких объектов, находящихся на пути лазерного импульса. Отраженные сигналы из середины "спектра" обычно соответствуют растительности, а последние отраженные сигналы используются для моделей собственно поверхности земли. Последнее отражение, однако, не всегда будет соответствовать земле. К примеру, рассмотрим случай, когда импульс попадает в толстую ветку и не достигает земной поверхности. В этом случае последнее отражение произошло не от земли, а от ветки.

Атрибуты точек лидара

Помимо позиционных значений x, y и z системой сохраняется также дополнительная информация. Для каждого лазерного импульса записываются и сохраняются следующие атрибуты: интенсивность, номер отражения, количество отраженных сигналов, значения классификации точки, крайние точки линии полета, значения RGB, время GPS, угол и направление сканирования. В следующей таблице описаны атрибуты, которые можно получить для каждой точки.

Примечание:

Перечисленные ниже атрибуты лидара не всегда сохраняются в итоговых выходных файлах. Используйте Набор данных LAS для просмотра атрибутов и классификации лидарных данных.

Атрибут лидара	Описание
Интенсивность	Сила отражения лазерного импульса, соответствующего лидарной точке.
Номер отраженного сигнала	Испускаемый лазерный импульс может создать до пяти отраженных сигналов в зависимости от объектов, от которых он отражается и возможностей лазерного сканера. Первый возвращенный импульс будет помечен как отраженный сигнал номер один, второй – как номер два и т.д.
Количество отраженных сигналов	Количество отраженных сигналов – это общее число отражений данного импульса. К примеру, точка лазерных данных может быть вторым отраженным сигналом из пяти отражений.
Классификация точек	Каждая в дальнейшем обработанная точка лидара может содержать значение классификации, которое определяет тип объекта, отразившего лазерный импульс. Лидарные точки могут быть классифицированы на несколько категорий, таких как поверхность Земли, верхняя граница полога леса и водная поверхность. Классам присваиваются целочисленные значения кодов, хранящиеся в файлах LAS.
Граница линии полета	Точки будут обозначены по значению 0 или 1. Точки, находящиеся на линии полета, получат значение, равное 1, остальные – равное 0.
RGB	Данным лидара может быть присвоен атрибут RGB. Эта атрибутивная информация часто берется из изображений, которые получаются одновременно с лазерной съемкой.
GPS-время	Время GPS, соответствующее моменту испускания импульса. Время указано в GPS-секундах недели.
Угол сканирования	Угол сканирования – это значение в градусах из диапазона от -90 до +90. При 0 градусов лазерный импульс испускается перпендикулярно и осуществляется съемка в надир. При значении, равном -90 градусов, лазер испускает импульсы влево, а при +90 – вправо от самолета в направлении полета. Большинство лидарных систем в настоящее время используют угол менее ±30 градусов.
Направление сканирования	Направление сканирования – это направление движения зеркала сканирующей системы в момент испускания системой лазерного сигнала. Значение, равное 1, соответствует положительному направлению сканирования, а равное 0 – отрицательному. Положительное направление означает, что сканер двигается слева направо по направлению полета, а отрицательное – наоборот.