机载扫描技术的改进提高了生产率

作者：琳达·达菲

通过改进扫描特性和功能，在更短的时间内在更大的区域产生更密集的点云，满足了对航空激光雷达日益增长的需求。作为扫描技术的早期采用者，美国发展最快的建筑、工程和地理空间（AEG）公司Woolpert自2002年发布ALS40以来，拥有并运营了徕卡地理系统公司激光雷达系列的每一种产品。Woolpert于2019年初购买了其第一台徕卡TerrainMapper，此后又收购了三台。如今，TerrainMapper是Woolpert在大面积制图和困难地形方面的首选技术，包括交通部（DOT）项目和美国地质调查局（USGS）3D高程计划（3DEP）等联邦计划。

对高程数据的需求

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、基础设施开发、海岸和自然灾害监测以及环境保护。目前正在努力建立国家激光雷达数据集，许多地方和区域实体也在投资激光雷达覆盖范围。

人们对密度和精度的期望不断提高，以与激光雷达传感器的增强能力相匹配。性能的逐步提高最终导致徕卡TerrainMapper的发布，这是一种线性模式传感器，允许在更高的高度收集非常密集的点云，大大缩短了采集时间。

Woolpert的副总裁兼地理空间部门负责人Joseph Seppi说：“有了大面积地图，效率真的会得到回报。”。“我们的项目可以超过30000平方英里，甚至100000平方英里，因此能够以更快的速度在更高的高度飞行，使TerrainMapper成为一个非常有效的选择。”

TerrainMapper能够在300米（m）至5500米的飞行高度收集激光雷达，并在2公里（km）的飞行高度提供美国地质勘探局激光雷达质量等级0（QL0）数据。这种卓越的效率水平非常适合于运营成本对更新频率有重大影响的大型区域或国家测绘项目。

符合和超过规范

根据预期应用，每个项目都有最低数据要求。例如，美国地质勘探局QL1数据必须至少为每平方米8个点（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。在温带气候中，落叶树和雪是障碍。在热带和亚热带气候中，云和雨常常是一个问题。由于许多地理区域的条件具有挑战性，在有限的飞行窗口内有效收集数据对于完成任务至关重要。

2019年，怀俄明州交通部（WYDOT）与Woolpert签订合同，绘制了怀俄明州西北部大陆分水岭10英里长、靠近黄石国家公园的三个滑坡区地图。Woolpert以50 ppsm的速度采集激光雷达，并使用集成的徕卡RCD30航空相机同时采集的图像对点云进行着色。最终的数字地形模型（DTM）和不规则三角网（TIN）模型为WYDOT提供了一个基线，以确定滑坡运动、体积和地球随时间移动的速率。WYDOT进行了独立检查，并比较了现场采集点的120多个独立点云高程。3.6厘米的平均高差超过了要求的5厘米垂直精度。

TerrainMapper还被证明对线性公用事业项目和电力线通行权有效，并成功地测量了高架电力线的下垂。即使比其他传感器飞得更快、更高，TerrainMapper也能返回各种项目所需的点密度。

塞皮说：“在地势起伏较大的地区，我们可以飞得更高，而不需要调整到尽可能多的不同高度，从而获得更高的效率。”。“对于公用事业工作来说，在远高于线路的高空飞行更安全，还可以捕获更多的周围区域。”

2019年，Woolpert还与TerrainMapper一起在美国各州执行了10多个项目。在佛罗里达州和俄亥俄州等州，尽管天气条件恶劣，高速采集的大量数据有助于在一个飞行季节内完成测绘项目。

Seppi继续说：“一些地方的天气可能会很有挑战性，让我们工作的天数更少，因此TerrainMapper的高容量收集功能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、模式和出色的强度返回对于许多特征提取用途都非常有益。”

这张放大的等高线图显示了道路、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总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TerrainMaper数据的处理。HxMap处理、校准和注册激光雷达点云，同时处理图像传感器数据并为点云着色。在HxMap的帮助下，Woolpert提供了经过充分处理的分类点云，这些点云在精度和密度方面符合严格的项目规范。

Seppi说：“HxMap让我们更加灵活，能够动态地适应变化。”。“当我们有一个关键的最后期限时，我们可以轻松地将处理转移到其他项目来分配HxMap资源。HxMap就像一个黑匣子，在幕后自动执行其工作。”

HxMap专门设计用于处理TerrainMaper数据，它利用集成扫描仪/摄像机系统的优势，在一个界面内生成所有机载数据产品。HxMap为大型倾斜成像项目、全国正射影像项目和大型或小型激光雷达项目提供嵌入式空中三角测量和解决方案。bob综合app下载

怀俄明州交通部将Woolpert提供的激光雷达数据转换成各种图形，包括Wind River Lake附近地区的数字地形模型。

持续改进

徕卡TerrainMapper是继高度成功的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和飞行高度，改善了飞行计划，实现了均匀的点分布。提高的生产率节省了时间和金钱，而更高的脉冲率、更大的激光功率和无门技术有助于提高点密度。

“徕卡地球系统的传感器正在不断改进，”塞皮说。“从ALS80到TerrainMapper的性能提升非常显著。我们发现圆形扫描模式有很多优点，例如线对线校准和俯仰调整。飞得越高、速度越快，我们的效率提高200-400%。徕卡地理系统产品自1989年以来一直是我们传感器车队的骨干。”bob综合app下载

对三维激光雷达数据的需求正在上升，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，以支持每个地图项目的更快周转。