《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目3任務(wù)4無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目三無人機(jī)航測數(shù)據(jù)生產(chǎn)任務(wù)4無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要綜合運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺等多個(gè)領(lǐng)域的知識和技術(shù)，以獲取高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行后續(xù)的處理和分析。本任務(wù)我們將學(xué)習(xí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程的理論知識，并采用大疆智圖處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的具體操作流程。任務(wù)引入正確認(rèn)識自身崗位，熱愛本職工作，時(shí)刻保持恭敬心與敬畏心；堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)，善于思考，勇于創(chuàng)新，提高工作效率；養(yǎng)成定期反思與總結(jié)的習(xí)慣，改進(jìn)不足，精益求精。思政要點(diǎn)03能夠基于大疆智圖進(jìn)行激光雷達(dá)點(diǎn)云處理。技能要點(diǎn)02了解無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的相關(guān)技術(shù)流程。知識要點(diǎn)01學(xué)習(xí)目標(biāo)無人機(jī)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的相關(guān)技術(shù)流程；基于大疆智圖進(jìn)行激光雷達(dá)點(diǎn)云處理?；诖蠼菆D進(jìn)行激光雷達(dá)點(diǎn)云處理。重點(diǎn)難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)03激光雷達(dá)點(diǎn)云處理02點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類01點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理目錄CONTENTS2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part1點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理激光雷達(dá)獲取的是一系列空間分布不規(guī)則且具有三維坐標(biāo)值的離散點(diǎn)，無法直接進(jìn)行DEM生產(chǎn)，因此，點(diǎn)云數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行預(yù)處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理涉及點(diǎn)云去噪聲、點(diǎn)云簡化、點(diǎn)云配準(zhǔn)以及點(diǎn)云補(bǔ)洞等內(nèi)容。通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，可以有效剔除點(diǎn)云中的噪聲和外點(diǎn)，在保持幾何特征的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡化，并將不同角度掃描的點(diǎn)云統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，為后續(xù)的曲面構(gòu)建及三維實(shí)體模型生成提供穩(wěn)健的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。點(diǎn)云去噪客觀噪聲是由物理測量產(chǎn)生的誤差引起的，客觀噪聲的消除通常采用去噪算法實(shí)現(xiàn)?？陀^噪聲主觀噪聲則是由掃描現(xiàn)場無關(guān)物干擾引起的，通常表現(xiàn)為大片的點(diǎn)云，可借助三維模型處理軟件對其進(jìn)行手動消除。主觀噪聲點(diǎn)云簡化點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)量都很大，對其存儲、傳輸和計(jì)算均不利。因此有必要對其進(jìn)行簡化，并在精簡數(shù)據(jù)的同時(shí)有效保持點(diǎn)云的尖銳特征。根據(jù)點(diǎn)云簡化密度和曲面變分進(jìn)行簡化1采用聚類算法完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡化4根據(jù)點(diǎn)云中點(diǎn)的數(shù)目和點(diǎn)云表面變化系數(shù)對點(diǎn)云進(jìn)行分塊簡化2根據(jù)點(diǎn)云中點(diǎn)的曲率值大小進(jìn)行簡化3點(diǎn)云簡化方法點(diǎn)云配準(zhǔn)采用三維激光掃描設(shè)備獲取被測物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，通常一次掃描很難獲取整個(gè)物體的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，因此需要對同一物體在不同坐標(biāo)系下進(jìn)行不同角度下的多次掃描，并對多次掃描的結(jié)果進(jìn)行配準(zhǔn)，從而獲得整個(gè)物體的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型。點(diǎn)云配準(zhǔn)就是將同一物體在不同方位下測得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系。根據(jù)配準(zhǔn)規(guī)模，點(diǎn)云配準(zhǔn)分為兩片點(diǎn)云配準(zhǔn)和多片點(diǎn)云配準(zhǔn)兩大類，而多片點(diǎn)云配準(zhǔn)可以通過兩片點(diǎn)云的多次配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)云補(bǔ)洞點(diǎn)云補(bǔ)洞采用三維掃描儀對被測物體進(jìn)行掃描時(shí)，由于被測物體存在表面凹凸不平、不夠規(guī)則、存在空腔，可能會導(dǎo)致物體表面區(qū)域存在未被掃描到的現(xiàn)象形成掃描盲區(qū)，產(chǎn)生許多形狀各異、大小不一的孔洞。這就需要對模型外表面進(jìn)行擬合，然后裁剪擬合曲面并與孔洞縫合，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云孔洞修補(bǔ)。2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part2點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類點(diǎn)云數(shù)據(jù)粗分類經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)就可以按照圖幅分發(fā)給作業(yè)員進(jìn)行編輯，作業(yè)員先進(jìn)行粗分類，包含分離點(diǎn)和去噪兩方面的內(nèi)容。分離點(diǎn)指的是將點(diǎn)云中的地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)分離，這種分離自動化程度較高，通過軟件即可實(shí)現(xiàn)。需要注意的是分離地面點(diǎn)時(shí)，冗余點(diǎn)一般不參與，只有在點(diǎn)云密度較低的區(qū)域，才引入冗余點(diǎn)層，便于提取地面點(diǎn)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)精確分類完成粗分類后，要進(jìn)一步按照分離正常低點(diǎn)，分離空中點(diǎn)，分離地面點(diǎn)的順序?qū)⒈磉_(dá)不同類地物的點(diǎn)云進(jìn)行自動分類。01原理是依據(jù)不同地物的反射強(qiáng)度、形狀特征、回波次數(shù)等算法進(jìn)行分類。02裸露地表處必有一次回波，對應(yīng)的反射點(diǎn)即為地面點(diǎn)。植被覆蓋區(qū)域可能對應(yīng)多次回波，最后一次回波對應(yīng)反射點(diǎn)為地面點(diǎn)。03從較低的激光點(diǎn)中提取初始地表面，設(shè)置地面坡度閾值，反復(fù)進(jìn)行迭代運(yùn)算直至找到合理地面點(diǎn)。042無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part3激光雷達(dá)點(diǎn)云處理數(shù)據(jù)成果核驗(yàn)我們以大疆智圖為例，對大疆無人機(jī)掛載禪思L1數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將L1的激光雷達(dá)原始文件處理生成las格式三維點(diǎn)云。圖為取出SD卡后的成果文件，包括后綴名為CLC、CLI、CMI、IMU、LDR、RTB、RTK、RTL和RTS的文件。CLC雷達(dá)－相機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)CLI雷達(dá)-IMU標(biāo)定數(shù)據(jù)CMI視覺標(biāo)定數(shù)據(jù)IMUIMU慣導(dǎo)數(shù)據(jù)LDR激光點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)MNF視覺數(shù)據(jù)RTBRTK基站數(shù)據(jù)RTKRTK天線數(shù)據(jù)-主天線RTL桿臂數(shù)據(jù)RTSRTK天線數(shù)據(jù)-副天線JPG照片數(shù)據(jù)大疆智圖新建工程啟動DJITerra軟件并登錄后，點(diǎn)擊左下角新建任務(wù)，選擇【激光雷達(dá)點(diǎn)云】任務(wù)類型。點(diǎn)擊，選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集成果文件夾以添加激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入?？蓪⒍嘟M激光雷達(dá)任務(wù)放置在一個(gè)大的文件夾中，添加數(shù)據(jù)時(shí)導(dǎo)入這個(gè)大文件夾即可。大疆智圖導(dǎo)入L1設(shè)備成果配置相關(guān)參數(shù)激光雷達(dá)點(diǎn)云處理參數(shù)設(shè)置主要包含點(diǎn)云密度、選擇使用場景、點(diǎn)云有效距離、點(diǎn)云精度優(yōu)化、輸出坐標(biāo)系、點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸出格式等。選擇點(diǎn)云密度：高點(diǎn)云密度為原始采樣率，使用100%的點(diǎn)云進(jìn)行處理，處理成果質(zhì)量最高，耗時(shí)最長。中點(diǎn)云密度使用25%的點(diǎn)云進(jìn)行處理，處理成果質(zhì)量中等，耗時(shí)中等。低點(diǎn)云密度使用6.25%的點(diǎn)云進(jìn)行處理，處理成果點(diǎn)云稀疏，耗時(shí)最短。選擇使用場景：一般情況選擇點(diǎn)云處理即可。若L1出現(xiàn)上色重影等現(xiàn)象，可重新標(biāo)定一下L1內(nèi)參以達(dá)到更好的效果體驗(yàn)，此時(shí)可選擇禪思L1自標(biāo)定（處理完成后，點(diǎn)擊“導(dǎo)出標(biāo)定文件”，將標(biāo)定文件存儲至microSD卡根目錄，然后插入禪思L1，L1連接通電后將自動使用該標(biāo)定文件完成標(biāo)定，后續(xù)的數(shù)據(jù)采集就將以標(biāo)定后的內(nèi)參開展運(yùn)算）。配置相關(guān)參數(shù)③點(diǎn)云有效距離：設(shè)置用于點(diǎn)云處理的有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)與

LiDAR的距離。若激光雷達(dá)采集的點(diǎn)超過該有效距離，則這些點(diǎn)將在點(diǎn)云處理時(shí)被過濾，不會參與處理。提示：當(dāng)需要重建一個(gè)較近的目標(biāo)區(qū)域，但又不可避免地會采集到遠(yuǎn)處背景區(qū)域時(shí)，可以設(shè)置點(diǎn)云有效距離。設(shè)置點(diǎn)云有效距離時(shí)，預(yù)估LiDAR位置和興趣目標(biāo)區(qū)域的最大直線距離，將其設(shè)置為點(diǎn)云有效距離即可。④點(diǎn)云精度優(yōu)化：開啟后，點(diǎn)云處理時(shí)將會對不同時(shí)刻掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，使得點(diǎn)云整體精度更高。此為專業(yè)版及以上版本功能，用戶需購買并激活許可證方可使用。點(diǎn)云數(shù)據(jù)精確分類⑤輸出坐標(biāo)系：大部分點(diǎn)云后端分析軟件均不支持地理坐標(biāo)系的點(diǎn)云文件導(dǎo)入，建議此處將輸出坐標(biāo)系選擇為投影坐標(biāo)系。⑥輸出格式：大疆智圖輸出的三維點(diǎn)云包含以下格式，這里我們主要生成las格式三維點(diǎn)云。lPNTS格式：默認(rèn)生成以在Terra顯示（LOD點(diǎn)云格式，適合在Cesium中顯示）；lLAS格式：ASPRSLASer，三維點(diǎn)云格式，V1.2版本；lS3MB格式：超圖LOD點(diǎn)云格式；lPLY格式：非LOD點(diǎn)云格式；lPCD格式：非LOD點(diǎn)云格式。數(shù)據(jù)處理點(diǎn)擊“開始處理”，下方的進(jìn)度條會顯示點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理進(jìn)度。處理過程中，可點(diǎn)擊“停止”，軟件會保存當(dāng)前進(jìn)度。停止后若繼續(xù)處理，軟件會從保存的進(jìn)度處回溯一段繼續(xù)處理?？梢怨餐_始多個(gè)點(diǎn)云處理任務(wù)。但在第一個(gè)開始的任務(wù)完成前，其余任務(wù)將處于排隊(duì)狀態(tài)，上一個(gè)任務(wù)完成后其余任務(wù)會按開始順序依次進(jìn)行點(diǎn)云處理。大疆智圖內(nèi)預(yù)覽數(shù)據(jù)處理完成后，用戶可對處理成果進(jìn)行預(yù)覽，預(yù)覽時(shí)可進(jìn)行平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作，在界面下方可選擇“RGB、反射率、高度、回波”等不同顯示方式查看成果。RGB：按真實(shí)顏色顯示。反射率：按物體的反射率顯示對應(yīng)顏色。高度：按照點(diǎn)云的高度不同顯示不同的顏色?；夭ǎ寒?dāng)數(shù)據(jù)采集時(shí)選擇雙回波或三回波時(shí)，按點(diǎn)云接收時(shí)的回波信息顯示不同顏色。激光雷達(dá)點(diǎn)云文件儲存建模完成的任務(wù)，激光雷達(dá)點(diǎn)云默認(rèn)存儲在C:\Users\<計(jì)算機(jī)用戶名>\Documents\DJI\DJITerra\<DJI賬號名>\<任務(wù)名稱>\<lidars>成果文件夾中，也可在設(shè)置中更改緩存目錄。用戶可在重建頁面使用快捷鍵Ctrl+Alt+F打開當(dāng)前所在任務(wù)的文件夾。激光雷達(dá)點(diǎn)云文件儲存圖為lidars成果文件夾，其中最重要的是.las格式的三維點(diǎn)云和.out格式的航跡文件。las:大疆智圖生成的las點(diǎn)云為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載Lidar成果，las點(diǎn)云中記錄了三維點(diǎn)坐標(biāo)、RGB顏色、反射率、時(shí)間、回波次數(shù)、三維點(diǎn)屬于第幾次回波、每個(gè)回波的總點(diǎn)數(shù)、掃描角度等信息。_sbet.out:任務(wù)后處理軌跡文件。該文件記錄平差結(jié)算后的軌跡信息，可導(dǎo)入第三方軟件中查