了解 LAS 坐标系

LAS 格式用于在 .las 文件中存储坐标系信息。 此信息的保存方式取决于 LAS 文件版本以及点记录格式,这些内容是影响 .las 文件中存储的属性和值的特性。 当前 LAS 版本为 1.0、1.1、1.2、1.3 和 1.4。 下表汇总了每个版本支持的点记录格式:

点记录格式
每个 LAS 文件版本支持的点记录格式。

LAS 版本 1.0 至 1.3 使用 GeoTIFF 标记存储坐标系,而 LAS 版本 1.4 支持 GeoTIFF 和熟知文本 (WKT) 约定。 适用于坐标系信息的 GeoTIFF 元数据标准是一种普遍约定,旨在对 TIFF 栅格进行地理配准。 由于 LAS 不是栅格格式,因此它只需要部分 GeoTIFF 标记在真实世界中正确定位。 在 ArcGIS 中,GeoTIFF 信息使用地理空间数据摘要库 (GDAL) 进行解释,该库用于读写各种地理空间数据格式。 WKT 标准是对已被开放地理空间联盟 (OGC) 采纳的空间参考基于文本的描述。 包含点格式 0–5 的 LAS 1.4 文件可以将空间参考存储为 GeoTIFF 或 WKT;而较新的点格式 6–10 仅支持 WKT。

不同 LAS 版本之间的坐标系信息位置也不同。 每个 .las 文件包含以下元素:

  • 公共标题块
  • 可变长度记录 (VLR)
  • 点数据记录
  • 扩展的可变长度记录 (EVLR) - 仅在 LAS 1.3 和 1.4 中可用
    • 在 LAS 1.3 中,此项仅适用于点数据记录格式 4 和 5,并且专门用于存储来自原始激光雷达调查的波形数据包。
    • 在 LAS 1.4 中,此项适用于所有点数据记录格式,并且 EVLR 可以容纳各种信息。

在 LAS 版本 1.0 至 1.3 中,坐标系存储在文件的可变长度记录部分中,该部分位于二进制文件的开头附近并且在写入后无法更新。 在 LAS 1.4 中,可在 VLR 或 EVLR 中写入坐标系信息,要更新该信息,可通过在 EVLR 部分中写入新坐标系并修改原始坐标系以指示其已被取代。

LAS 数据集与单独 LAS 文件中的坐标系

LAS 数据集 (*.lasd) 可引用多个 .las.zlas 文件,以支持可视化和处理大型连续文件集合。 通常,一个 LAS 数据集中采用的数据将具有相同坐标系,但是具有不同坐标系的文件也可以通过 LAS 数据集进行查看。 LAS 数据集具有专属坐标系,即在处理数据时使用的坐标系。 LAS 数据集的坐标系通常派生自向其添加的第一个输入 .las.zlas 文件,但是可以在创建 LAS 数据集时修改该坐标系。

当 LAS 数据集是添加至地图或 3D 场景的第一个数据集时,其空间参考将定义地图的坐标系。 如果 .las.zlas 文件被 LAS 数据集引用但是它具有不同的坐标系,则将动态重新投影该文件以通过地图坐标系进行绘制。 如果 LAS 数据集经过地理处理工具处理以创建派生数据产品,例如高程栅格,则输出的默认坐标系将使用 LAS 数据集中的空间参考。 这也可以通过“输出坐标系”环境设置进行修改。

水平和垂直坐标系

水平坐标系定义 LAS 数据的 x,y 定位,垂直坐标系定义其 z 定位。 获得此信息后,可确保数据正确定位。 如果仅定义了数据的水平坐标系,则将根据水平坐标系推断 z 单位。 如果此类数据的 x,y 坐标设置为地理坐标系,则其 z 单位假设为米。

重新投影 .las 和 .zlas 文件

投影 LAS 工具可用于将一个或多个 .las.zlas 文件从一个坐标系重新投影到另一个坐标系中。 借助该工具,可在将数据从一个基准面变换到另一个基准面时轻松选择适当的地理基准面变换。 必须安装 ArcGIS Coordinate Systems Data 包才能执行垂直基准面变换。 该软件组件通过单独的安装程序提供,可从 "My Esri" 页面下载该安装程序。 在此详细了解如何安装补充坐标系文件

创建输出 .las.zlas 文件的大多数工具均支持通过输出坐标系地理变换环境设置重新投影数据。 使用此列工具替代投影 LAS 工具有助于避免创建不必要的中间数据。 如果您需要利用下述操作,请考虑通过以下工具重新投影数据:

LAS 坐标系常见问题

适用于 LAS 格式的美国摄影测量与遥感协会 (ASPRS) 要求 .las 文件具有空间参考。 但是,并不总是如此。 LAS 数据可能是在无法进行 GPS 定位的室内空间中收集的。 派生自摄影测量技术的点云还可能尚未定义空间参考。 LAS 格式文件中还可能存在缺失、不完成或定义错误的空间参考信息,这将导致文件在错误位置显示。

如果要查看其数据集属性的 .las.zlas 文件包含缺失或无法识别的空间参考信息,则该信息将作为坐标系未知信息列出。 系统还可能将使用 GeoTIFF 标记存储空间参考的 LAS 格式文件报告为采用 GCS WGS84,前提是这些文件的空间参考信息部分写入但不完整。 这是 GDAL 库解释不完整 GeoTIFF 空间参考数据的方式造成的。

还可能遇到的 .las 文件问题为数据可能看起来沿 z 维度夸大或压缩。 通常在以下情况下会出现上述问题:用于呈现数据的线性单位与采集高度信息时使用的单位不一致。 如果数据集仅定义了 x,y 坐标系而未定义 z 坐标系,则将使用 x,y 坐标系的线性单位显示高度信息。 在单位不同的水平坐标系之间重新投影此类数据时,不会转换 z 单位,因为从未定义这些单位。 要解决此类场景中出现的比例缩放畸变,您必须定义正确的 z 坐标系。

使用 .prj 文件更正空间参考问题

在空间参考信息缺失或错误的 ArcGIS Pro.las.zlas 文件中,可通过辅助 .prj 文件定义其坐标系。 该辅助文件位于 .las.zlas 文件所在的目录下并且基本名称相同,但是扩展名为 .prj.prj 文件使用 WKT 约定存储坐标系,它用于替代 .las.zlas 文件中的信息。

可使用定义投影地理处理工具为单独的 .las.zlas 文件创建 .prj 文件。 还可以使用创建 LAS 数据集地理处理工具为 .las.zlas 文件集合创建 .prj 文件,方法为在坐标系参数中定义所需的空间参考,然后指明是为所有文件还是仅为缺少空间参考的文件创建 .prj 文件。

如果在 LAS 数据最初进行地理配准时,文件中嵌入的空间参考缺失或定义错误,则创建包含正确信息的 .prj 文件足以在 ArcGIS Pro 中统一数据。 如果从未对 LAS 数据进行地理配准,则可以使用可自定义局部地图投影沿 x,y 平面平移和旋转数据,从而让数据定位在其真实的位置。 局部投影适用于表示小投影区域的数据,例如建筑物或小街区。 在使用局部投影对数据集进行地理配准后,可以将该数据集重新投影到标准坐标系中,以供其他应用程序识别。 了解有关局部投影的详细信息

与用于水平定位的局部投影相似,ArcGIS Pro 还提供了未指定的高度系统,用于定义 3D 数据的高度单位。 对于未定义 z 坐标系以及水平坐标系的线性单位不匹配的数据,可通过此项更正该数据中可能出现的 z 单位畸变。

如果空间参考在 .prj 中定义的 .las.zlas 文件将在第三方应用程序中使用,则 .prj 中的坐标系可能无法识别。 .prj 文件中的坐标系需要嵌入 .las.zlas 文件中,才能确保其他应用程序识别更正后的信息。 可使用输出新 .las 文件的任意地理处理工具嵌入此坐标信息。 除了上述输出 LAS 格式文件的工具之外,还可以使用转换 LAS 工具在其他 LAS 版本和点记录格式中创建新 LAS 文件。

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