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，屬于無人機機載激光雷達測繪系統(tǒng)，是其姊妹款，獨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。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)，保證點云有穩(wěn)定精度的同時，也保證DOM、DSM的快速生成和點云-影像的快速融合。

本次測試機型采用M300RTK。綜合考慮M300RTK飛行以及負載性能，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點云范圍裁剪保留*相同的區(qū)域，對比分析點云數(shù)據(jù)質(zhì)量。飛行軌跡如下圖：

1、解算耗時

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

2、點云噪聲

對比兩組數(shù)據(jù)點云包圍盒可見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)時勾選點云優(yōu)化會自動過濾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數(shù)量。

3、點云分層

選擇相同的兩條航帶點云對比拼接效果，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的點云真彩色明度對比強烈，色彩均勻；LIDAR A點云真彩色純度較低，建筑邊緣有銳化表現(xiàn)。

5、點云厚度

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

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

（1）建筑物屋頂

（2）裸露地面

通過兩組對比圖可見，兩者均有不錯的表現(xiàn)，同時LiAir X3-H 的點云厚度相對更小一點，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、單航帶點密度

通過LiDAR360的點密度工具檢測兩組數(shù)據(jù)中典型地物的點云的密度情況，來評估兩者數(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)點密度更高，點云更為完整。這是由于LiAir X3-H默認為三回波，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，在做多平臺數(shù)據(jù)（空基、地基）融合時，這些都是很重要的特征地物，對于終的普查結(jié)果而言更是重要統(tǒng)計目標。   

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)動功能將兩組點云縮放旋轉(zhuǎn)到同一角度，查看不同地物的完整度，對比效果如下。

從點云中可以看到，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)會缺失，會存在關(guān)鍵信息遺漏的可能性。

10、地面點分類與DEM成果對比

地面點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，故該項也是很重要的考察指標。

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

對比之后不難發(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LiDAR A與LiAir X3-H 點密度和點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，并且LiAir X3-H可以適配其他廠商無人機，對于采集作業(yè)場景的寬容度也更高，可適配測繪行業(yè)的多種應(yīng)用。

● 但對于數(shù)據(jù)解算以及噪聲點情況來說，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，請拭目以待。