机载扫描技术的改进提高了生产率

徕卡TerrainMapper满足了大面积绘图的挑战。

作者:琳达达菲

对航空激光雷达日益增长的需求正被改进的扫描功能和功能所满足,这些功能和功能可以在更短的时间内在更大的区域产生更密集的点云。Woolpert是美国发展最快的建筑、工程和地理空间(AEG)公司,作为扫描技术的早期采行者,自2002年ALS40发布以来,Woolpert拥有并运营徕卡地理系统公司激光雷达系列的所有产品。Woolpert在2019年初购买了第一个徕卡TerrainMapper,之后又收购了三个。如今,TerrainMapper是Woolpert在大区域和复杂地形测绘方面的首选技术,包括交通部(DOT)项目和联邦项目,如美国地质调查局(USGS)的3D高程计划(3DEP)。

一张彩色的3D点云图像(上)可以与一张裸地图像(下)相比较,在美国26号卫星西北方向,靠近怀俄明州提顿县的风河湖。

高程数据需求

航空激光雷达数据是许多应用的宝贵信息来源,如三维城市建模、基础设施发展、海岸和自然灾害监测以及环境保护。目前正在努力建立一个当前的国家激光雷达数据集,许多地方和区域实体也在对激光雷达覆盖进行投资。

随着激光雷达传感器能力的增强,对密度和精度的期望不断提高。随着徕卡TerrainMapper的发布,性能的逐步提升达到了顶峰,这是一种线性模式的传感器,可以在更高的高度收集非常密集的点云,大大减少了采集时间。

Woolpert公司副总裁兼地理空间部门负责人约瑟夫•塞皮表示:“使用大面积地图绘制技术,效率确实得到了回报。”“我们的项目可以超过3万平方英里,甚至10万平方英里,所以能够在更高的高度以更快的速度飞行,使TerrainMapper成为一个非常有效的选择。”

TerrainMapper能够在300米(m)和5500米之间的飞行高度收集激光雷达,并在高达2公里(km)的飞行高度提供USGS激光雷达质量等级0 (QL0)数据。这种卓越的效率水平对于较大的区域或国家测绘项目是理想的,因为这些项目的运营成本对更新的频率有很大的影响。

在美国26号公路上,在怀俄明州提顿县的布鲁克斯湖克里克瀑布附近,没有树木挡住视线的景观轮廓被显示在这张裸地点云图中。

会议和超越规格

每个项目都有最低的数据需求,这取决于预期的应用程序。例如,USGS QL1数据必须至少为每平方米8点(ppsm),均方根误差(RMSE)不超过10.0厘米(cm)。其他标准可能包括落叶、无雪、无积水和无雨。在温带地区,落叶树木和雪是障碍。在热带和亚热带气候中,云和雨经常是一个问题。由于许多地理区域具有挑战性的条件,在有限的飞行窗口内高效的数据收集是完成这项工作的关键。

2019年,怀俄明州运输部(WYDOT)与伍尔伯特签订合同,绘制怀俄明州西北部靠近黄石国家公园的大陆分水岭10英里长的三个滑坡区域的地图。Woolpert以50ppsm的速度采集激光雷达,并用集成的徕卡RCD30航空相机同时采集的图像为点云着色。最终的数字地形模型(DTMs)和不规则三角网络模型(TIN)为WYDOT提供了一个基线,以确定滑动移动、体积和地球随时间移动的速率。WYDOT对现场采集的120多个点云高度进行了独立的检查和比较。平均高度差3.6 cm,超过了要求的5 cm垂直精度。

TerrainMapper还被证明在线性公用事业项目和电力线的通行权上是有效的,并成功地测量了高架电力线的凹陷。即使飞行速度比其他传感器更快、更高,TerrainMapper仍然可以为各种项目返回必要的点密度。

“在地势高的地区,我们通过飞得更高而不需要调整到那么多不同的高度来实现更高的效率,”Seppi说。“对于公用事业工作来说,在远高于线路的高空飞行更安全,额外的好处是可以捕获更多周边地区。”

2019年,Woolpert还利用TerrainMapper在美国多个州飞行了10多个USGS项目。在像佛罗里达和俄亥俄这样的州,高速收集的大量数据有助于在一个飞行季节内完成测绘项目,尽管天气条件恶劣。

Seppi继续说:“有些地方的天气很有挑战性,让我们的工作时间更少,所以TerrainMapper的高容量收集能力帮助我们快速完成项目并保持一致性。”“此外,该传感器的点分布、模式和优异的强度回报对许多特征提取用途非常有益。”

这张放大的等高线地图显示了路面、管道和风河湖附近的涵洞等特征。

采集和处理集成

后处理工作流程是效率影响整体项目成本的另一个领域。Woolpert使用徕卡HxMap多传感器处理平台,该平台旨在简化TerrainMapper数据的处理。HxMap处理、校准和注册LiDAR点云,同时处理图像传感器数据和着色点云。在HxMap的帮助下,Woolpert交付了完全处理的分类点云,满足精确和密度的严格项目规范。

“HxMap让我们更加敏捷,能够动态地适应变化,”Seppi说。“当我们有一个关键的截止日期时,我们可以很容易地转移处理,从其他项目分配HxMap资源。HxMap就像一个在幕后自动执行其工作的黑盒。”

HxMap专为使用TerrainMapper数据而设计,HxMap利用集成扫描仪/摄像机系统的优势,在一个接口内生成所有机载数据产品。bob综合app下载HxMap为大型斜向成像项目、全国性正射影像项目以及大型或小型激光雷达项目提供嵌入式航空三角测量和解决方案。

怀俄明运输部将Woolpert提供的激光雷达数据转换成各种图形,包括风河湖附近地区的数字地形模型。


持续改进

徕卡TerrainMapper是继ALS80系列之后的下一代激光雷达传感器。该传感器系统提高了数据采集速率与飞行高度,改善了飞行规划,并实现均匀点分布。提高的生产效率节省了时间和金钱,而更高的脉冲频率,更大的激光功率和无门技术有助于更高的点密度。

“徕卡地理系统传感器正变得越来越好,”Seppi说。“从ALS80到TerrainMapper的性能飞跃是显著的。我们发现圆形扫描模式具有很多优点,如对线校准和调整螺距。飞得更高更快,效率提高200-400%。自1989年以来,徕卡Geosysbob综合app下载tems产品一直是我们传感器团队的支柱。”

对三维激光雷达数据的需求日益增长,这使得及时采集和处理变得越来越重要。TerrainMapper与HxMap工作流的紧密集成加快了从数据下载到产品生成的整个过程,以支持每个映射项目的更快周转。

徕卡TerrainMapper-2

灵活的线性模式激光雷达传感器,适用于区域测绘项目的各种应用
灵活的线性模式激光雷达传感器,适用于区域测绘项目的各种应用