玲瓏銳眼！LiAir X3-H：專業(yè)測繪

數(shù)字綠土LiAir X3屬于智能仿線類產(chǎn)品，主要用于電力行業(yè)的巡檢探傷，而今天介紹的LiAir X3-H，屬于無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)測繪系統(tǒng)，是其姊妹款，獨(dú)攬測繪制圖與勘查的行業(yè)應(yīng)用。

二者有著幾乎相同的外觀，且LiAir X3-H與LiAir X3一樣，集成了高精度激光器、慣導(dǎo)、GNSS和相機(jī)。但與LiAir X3不同的是，LiAir X3-H采用更適配航飛測繪的正視結(jié)構(gòu)，保證點(diǎn)云有穩(wěn)定精度的同時(shí)，也保證DOM、DSM的快速生成和點(diǎn)云-影像的快速融合。

本次測試機(jī)型采用M300RTK。綜合考慮M300RTK飛行以及負(fù)載性能，結(jié)合常規(guī)使用的場景，測試采用的關(guān)鍵參數(shù)如下：同一測區(qū)，同一天氣狀況，使用同一航線，飛行高度100米、飛行速度6米/秒、航帶重疊率25% 。

LiDAR A與LiAir X3-H設(shè)備參數(shù)均設(shè)置為單回波、重復(fù)掃描進(jìn)行掃描作業(yè)。使用數(shù)字綠土LiDAR360后處理軟件將LiDAR A與LiAr X3-H點(diǎn)云范圍裁剪保留*相同的區(qū)域，對(duì)比分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量。飛行軌跡如下圖：

1、解算耗時(shí)

對(duì)比點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取后數(shù)據(jù)解算時(shí)長（POS處理、點(diǎn)云解算、數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)化、點(diǎn)云賦色），LiDAR A通過配套處理軟件進(jìn)行處理，共耗時(shí)3分50秒，LiAir X3-H通過LiGeoreference進(jìn)行處理，耗時(shí)5分37秒。這樣看來，LiDAR A的解算更高一點(diǎn)。

2、點(diǎn)云噪聲

對(duì)比兩組數(shù)據(jù)點(diǎn)云包圍盒可見LiAir X3-H存在低位粗差和高位粗差，且低位粗差離散程度較高，LiDAR A僅有高位粗差，位置較為集中，這是由于其解算軟件解算數(shù)據(jù)時(shí)勾選點(diǎn)云優(yōu)化會(huì)自動(dòng)過濾250m距離以上的噪聲，減少了軟件參數(shù)設(shè)置操作，一定程度上減少了噪聲點(diǎn)數(shù)量。

3、點(diǎn)云分層

選擇相同的兩條航帶點(diǎn)云對(duì)比拼接效果，在邊緣航帶地方，LiAir X3-H未見明顯分層，航帶融合效果理想，LiDAR A有顯著的、平整的、筆直的厚薄相間的情況，且存在小范圍分層情況。

4、真彩色賦色

從上圖可以看出LiAir X3-H的點(diǎn)云真彩色明度對(duì)比強(qiáng)烈，色彩均勻；LIDAR A點(diǎn)云真彩色純度較低，建筑邊緣有銳化表現(xiàn)。

5、點(diǎn)云厚度

平面點(diǎn)云厚度是判斷激光雷達(dá)性能以及點(diǎn)云處理算法的一個(gè)常見的指標(biāo)。理想狀態(tài)下，用激光雷達(dá)探測一個(gè)絕對(duì)光滑的平面（正常反射率），理論上該點(diǎn)云平面是沒有厚度的，但實(shí)際應(yīng)用中由于儀器的各項(xiàng)系統(tǒng)誤差，點(diǎn)云解算后，激光腳點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測距值會(huì)有浮動(dòng)。這個(gè)浮動(dòng)值的大小是不固定的，體現(xiàn)在測量平面并成圖時(shí)，就會(huì)有一定的厚度。

而這個(gè)厚度對(duì)我們測繪來講，便會(huì)影響我們提取地形時(shí)，DEM地形點(diǎn)的選取。這同樣也會(huì)影響，利用點(diǎn)云做3D建模時(shí)，模型的尺寸值的誤差。在量測評(píng)判時(shí)，一般選取硬質(zhì)平地或者建筑的屋頂以及側(cè)立面的點(diǎn)云。

（1）建筑物屋頂

（2）裸露地面

通過兩組對(duì)比圖可見，兩者均有不錯(cuò)的表現(xiàn)，同時(shí)LiAir X3-H 的點(diǎn)云厚度相對(duì)更小一點(diǎn)，這是由于系統(tǒng)內(nèi)高精度元器件和算法起了一定作用。

6、單航帶點(diǎn)密度

通過LiDAR360的點(diǎn)密度工具檢測兩組數(shù)據(jù)中典型地物的點(diǎn)云的密度情況，來評(píng)估兩者數(shù)據(jù)信息的富足程度。由此可見，LiAir X3和LIDAR A兩者的點(diǎn)密度相差不大。

可見，在航高100m條件下，LiAir X3-H高程中誤差為0.071ｍ，LiDAR A數(shù)據(jù)高程中誤差為0.079ｍ，均滿足1∶500地形圖高程精度要求。

8、下層樹冠掃描

我們選取同一棵樹的點(diǎn)云切剖面，觀察下層樹冠部分，可看出LiAir X3-H下層樹冠數(shù)據(jù)點(diǎn)密度更高，點(diǎn)云更為完整。這是由于LiAir X3-H默認(rèn)為三回波，可以穿透樹層，獲取更多的樹冠與地表信息。

樹冠的層次豐富度和完整度，影響著林業(yè)應(yīng)用中植被垂直結(jié)構(gòu)信息的獲取。越豐富的和完整的信息，意味著林業(yè)參數(shù)的提取也會(huì)有更好的精度。

9、地物完整程度

地物的完整度影響著地物信息普查和三維模型構(gòu)建的精度和，在實(shí)景三維應(yīng)用中尤甚。例如城市關(guān)鍵部件的普查和建模，電桿、路燈等，在做多平臺(tái)數(shù)據(jù)（空基、地基）融合時(shí)，這些都是很重要的特征地物，對(duì)于終的普查結(jié)果而言更是重要統(tǒng)計(jì)目標(biāo)。   

我們將LiDAR A和LiAir X3-H數(shù)據(jù)顯示在不同窗口，通過窗口聯(lián)動(dòng)功能將兩組點(diǎn)云縮放旋轉(zhuǎn)到同一角度，查看不同地物的完整度，對(duì)比效果如下。

從點(diǎn)云中可以看到，LiDAR A數(shù)據(jù)存在部分地物缺失情況，再從影像中可以看出，缺失部分為黑色頂棚。深色物體反射率低，可以反射回來的激光信息少，因此點(diǎn)云出現(xiàn)空洞，多回波可以有效解決這一問題。

接著再旋轉(zhuǎn)點(diǎn)云查看，可看出缺失的地物還有電力線桿塔和植物樹冠，LiAir X3-H的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，桿塔與植物樹冠掃描完整，LiDAR A只能獲取塔桿的頂部數(shù)據(jù)，且有部分樹冠頂部數(shù)據(jù)會(huì)缺失，會(huì)存在關(guān)鍵信息遺漏的可能性。

10、地面點(diǎn)分類與DEM成果對(duì)比

地面點(diǎn)分類和提取效果的好壞，將直接影響到后續(xù)地形產(chǎn)品的生產(chǎn)的優(yōu)劣，連帶影響到所有因此而衍生的行業(yè)應(yīng)用，故該項(xiàng)也是很重要的考察指標(biāo)。

用LiDAR360進(jìn)行地面點(diǎn)濾波，LiAir X3-H分離出的地面點(diǎn)數(shù)為47259個(gè)，LiDAR A分離出的地面點(diǎn)數(shù)為42685個(gè)。之后，設(shè)置柵格大小為0.5米，來生產(chǎn)DEM。

對(duì)比之后不難發(fā)現(xiàn)，LiAir X3-H的數(shù)字高程模型更加完整。

綜合以上對(duì)比可得：

● 由于兩款產(chǎn)品搭配的激光傳感器相同，設(shè)置同樣設(shè)備參數(shù)時(shí)LiDAR A與LiAir X3-H 點(diǎn)密度和點(diǎn)云厚度沒有明顯差別，航帶重疊區(qū)域LiAir X3-H未見明顯分層，LiDAR A有顯著的厚薄相間表現(xiàn)；

● 在保持默認(rèn)參數(shù)的情況下，LiAir X3-H的數(shù)據(jù)效果整體優(yōu)于LiDAR A，提取參數(shù)建立模型都好一點(diǎn)，并且LiAir X3-H可以適配其他廠商無人機(jī)，對(duì)于采集作業(yè)場景的寬容度也更高，可適配測繪行業(yè)的多種應(yīng)用。

● 但對(duì)于數(shù)據(jù)解算以及噪聲點(diǎn)情況來說，LiDAR A有著更好的表現(xiàn)，這也將是我們后續(xù)的優(yōu)化方向之一，請(qǐng)拭目以待。