激光雷達(dá)和點云處理的4個工作流程

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隨著激光雷達(dá)傳感器出現(xiàn)在智慧城市、無人機、電影制作、汽車、手機等領(lǐng)域，點云數(shù)據(jù)自我上次在2013年發(fā)表相關(guān)文章以來已經(jīng)有了顯著的發(fā)展，我覺得現(xiàn)在是時候重新審視這種了不起的數(shù)據(jù)類型了。

現(xiàn)如今，點云通常以毫米級的精度來表現(xiàn)景觀、建筑、物體等.點云密度更大，質(zhì)量更高，而且無處不在。你會發(fā)現(xiàn)激光雷達(dá)掃描儀遍布許多行業(yè)，從航空航天、電信到公用事業(yè)。讓我們看看世界各地的公司是如何使用激光雷達(dá)的，以及如何使用數(shù)據(jù)集成工作流來轉(zhuǎn)換、繪制和處理點云數(shù)據(jù)。我們將討論4個主要領(lǐng)域:

·      將點云與其他數(shù)據(jù)集成，例如制作彩色的3D模型或生成易于共享的地圖。

·      通過更新屬性值/特性、縮減密度或改變結(jié)構(gòu)來對點云進(jìn)行預(yù)處理。

·      通過剪切、分割等方法提取或過濾某些點。

·      通過計算或表達(dá)式分析點云。

[網(wǎng)絡(luò)研討會]提高激光雷達(dá)工作流程的5種方法

首先應(yīng)該是激光雷達(dá)技術(shù)層

使用點云涉及幾層技術(shù):激光雷達(dá)掃描、點云數(shù)據(jù)的存儲，以及處理和分析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成平臺。這篇博客主要講的是數(shù)據(jù)集成部分，它是用FME完成的。

FME Workspaces以特定的方式讀取、寫入和轉(zhuǎn)換點云數(shù)據(jù)——FME將點云按單一的特征這種最好的方式進(jìn)行處理，而不是單獨處理每個點。然后，可以使用自動化將Workspaces作為基于事件的工作流的一部分來運行，這既減少了手工工作，又釋放了時間和資源。

1.集成數(shù)據(jù)類型以獲得更有價值的數(shù)據(jù)集

常將點云轉(zhuǎn)換成其他常用數(shù)據(jù)類型，例如，如果您想將其加載到不支持點云的軟件中，您可以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程模型，將其作為光柵、表面模型或點/多點幾何圖形進(jìn)行共享。FME可以轉(zhuǎn)換19種不同的點云格式(截至2021年)和數(shù)百種其他數(shù)據(jù)格式，如GIS、CAD、柵格、數(shù)據(jù)庫和我們集成庫中列出的所有其他數(shù)據(jù)格式。

卡爾加里市使用FME將激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DEM和多斑塊地理數(shù)據(jù)庫，然后使用這些數(shù)據(jù)計算整個城市的海拔高度。這可以讓他們在洪水期間快速檢查建筑高度。

點云還可以與其他點云結(jié)合使用(這是用戶執(zhí)行的第二種最常見的點云使用方法)，以及和用于映射、共享、分析等的其他數(shù)據(jù)類型結(jié)合使用。例如，將點云數(shù)據(jù)與柵格集成使您能夠添加顏色，而與CAD或GIS數(shù)據(jù)集成使您能夠使用額外的信息來增加點云。

1.1創(chuàng)建3D模型

許多用戶想創(chuàng)建3d模型表面的點云。事實上，表面模型轉(zhuǎn)換是最流行的點云任務(wù)之一。根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和想要的結(jié)果，可以使用一些FME轉(zhuǎn)換器來完成這一任務(wù)。

荷蘭的Genovum開發(fā)了一種工具，可以從2D和激光雷達(dá)輸入的數(shù)據(jù)生成3D模型。然后，這些3D模型被用于城市規(guī)劃。

聊點有未來感的，奧斯陸市制造了一個比例為1:1000的3D打印的城市模型。從城市的激光雷達(dá)掃描開始，他們使用FME來過濾地形，用geoTIFF紋理化，然后將建筑轉(zhuǎn)換成3D模型，并將它們附加到地形上。打印的3D模型長7.6 x 4.5米。

2.點云的預(yù)處理、清理和重構(gòu)

激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的預(yù)處理涉及多個步驟。首先，清理、檢查數(shù)據(jù)的正確性、完整性和關(guān)聯(lián)性在任何工作流中都很重要。接下來，同樣重要的是更新分析點云來獲取包含所需的所有信息。

激光雷達(dá)的工作流程同樣涉及許多處理步驟。RIEGL激光測量系統(tǒng)使用FME以自己的RDB格式和各種方式處理激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，用以去除無關(guān)點、回聲和偏差等。在一個林業(yè)用例中就涉及到表面提取，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集中的高度，計算平均樹高和點云統(tǒng)計，并在Shapefile中輸出3D瓦片。

預(yù)處理點云-從我們的激光雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)研討會截的圖。

2.1在正確的坐標(biāo)系下工作

如果您對點云映射感興趣，可以使用CsmapReprojector轉(zhuǎn)換器將激光雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一個坐標(biāo)系統(tǒng)(UTM, StatePlane等)。例如，WSP是一家地理和工程公司，它使用FME對激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)重投影，以及其他許多任務(wù)。

2.2添加顏色

通常，點云需要著色。一種常用的方法是獲取柵格的RGB值，并設(shè)置每個點的顏色。有許多基于表達(dá)式、計算和外部數(shù)據(jù)集的方法來更新點云的顏色。

這個點云已經(jīng)通過從光柵中獲取RGB值來著色。用戶正在檢查FME中的一個點以查看其RGB值。

2.3減少大小

抽稀點云是通過減少點的數(shù)量(例如刪除每n個點)來減少點云體量的一種方法。這樣做通常是為了加快大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理時間。

通過均勻地從數(shù)據(jù)集中刪除點，可以使抽稀點云。

在不修改數(shù)據(jù)的情況下加快處理時間的一種方法是在處理期間瓦片化數(shù)據(jù)集。瓦片化一個大點云進(jìn)行并行處理是使FME工作流運行更快更好的方法。瓦片化也是共享或交付大型點云的好方法。

其他減少點云大小的方法包括剪切、切片和分割，這些將在下面討論。

3.只提取或過濾某些點

有幾種方法可以從點云中提取所需的區(qū)域。這是一個常見的任務(wù)，因為點云太大了，處理和共享不必要的數(shù)據(jù)是一種浪費。最好只提取感興趣的區(qū)域。

裁剪點云是用戶執(zhí)行的最常見任務(wù)之一。裁剪點云指的是你可以定義一個邊界并且只保留邊界內(nèi)的點。剪切形狀可以是2D多邊形或3D實體。

只保留特定區(qū)域的另一種方法是對點云進(jìn)行切片或概要分析。查看本教程的示例，了解如何使用帶有LAS點云的Shapefile來準(zhǔn)確地識別公路上的橫截面。

基于不同的特性也可以提取點云的不同部分。例如，我們可以刪除具有特定分類、顏色或強度的點。

在上面的圖像中，用戶只是通過根據(jù)分類對點進(jìn)行分割或過濾，從點云中提取了建筑。用戶還可以通過過濾高強度值的點來提取水或其他反射表面。

CN Rail使用這些方法從激光雷達(dá)掃描中提取出精確的列車軌道中心線和走向。穩(wěn)定和準(zhǔn)確對安全性至關(guān)重要，因此他們使用FME自動執(zhí)行計算和分析。

4.分析特性和價值以方便決策

可以對點云進(jìn)行分析，以了解它所的數(shù)據(jù)特性。這通常涉及到幾個預(yù)處理步驟，比如在執(zhí)行分析之前集成其他源數(shù)據(jù)。

用戶可以計算點云上的統(tǒng)計信息(例如，找到某個特性的最小值和最大值，這樣就可以知道數(shù)據(jù)集的范圍)。然后，根據(jù)某些條件或表達(dá)式篩選這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要輸出，或者對每個點進(jìn)行計算。

Finavia負(fù)責(zé)管理芬蘭的機場，通過整合LAS點云，分析數(shù)據(jù)，并識別高海拔，生成飛行障礙地圖。他們使用FME來完成這項工作和許多其他工作流程，以改善21個機場的安全和運營。

自動化工作流（好處）

將上述任何任務(wù)作為基于事件的工作流的一部分來執(zhí)行，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理自動化的前提。FME Workspaces可以在用戶請求時按需運行，也可以按照計劃運行，或者響應(yīng)觸發(fā)器。一旦工作流完成，就可以生成報告并發(fā)送。數(shù)據(jù)可以移動到一個新的目錄，或任何數(shù)量的其他分組。