玲珑锐眼!918博天堂 X3-H:专业测绘,更胜一筹 – 北京918博天堂股份有限公司

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玲珑锐眼!918博天堂 X3-H:专业测绘,更胜一筹

一、渊源与区别

918博天堂918博天堂 X3属于智能仿线类产品,主要用于电力行业的巡检探伤,而今天介绍的918博天堂 X3-H,属于无人机机载激光雷达测绘系统,是其姊妹款,独揽测绘制图与勘查的行业应用。

二者有着几乎相同的外观,且918博天堂 X3-H与918博天堂 X3一样,集成了高精度激光器、惯导、GNSS和相机。但与918博天堂 X3不同的是,918博天堂 X3-H采用更适配航飞测绘的正视结构,保证点云有稳定精度的同时,也保证DOM、DSM的快速生成和点云-影像的快速融合。

为了检验918博天堂 X3-H的基础数据指标,文章中采用友商一款优秀的同类型产品(全文统称为“918博天堂 A”)进行数据对比测试,看看918博天堂 X3-H在测绘应用上的能力如何(数据来源于我司合作伙伴)。

 

二、切磋与对比

本次测试机型采用M300RTK。综合考虑M300RTK飞行效率以及负载性能,结合常规使用的场景,测试采用的关键参数如下:同一测区,同一天气状况,使用同一航线,飞行高度100米、飞行速度6米/秒、航带重叠率25% 。

918博天堂 A与918博天堂 X3-H设备参数均设置为单回波、重复扫描进行扫描作业。使用918博天堂918博天堂360后处理软件将918博天堂 A与LiAr X3-H点云范围裁剪保留完全相同的区域,对比分析点云数据质量。飞行轨迹如下图:

本文将从点云噪声情况、点云厚度、点密度、航带拼接、地物完整性、数据精度、真彩色赋色多个方面进行918博天堂 X3-H和918博天堂 A数据质量对比。

1、解算耗时

对比点云数据获取后数据解算时长(POS处理、点云解算、数据质量优化、点云赋色),918博天堂 A通过配套处理软件进行处理,共耗时3分50秒,918博天堂 X3-H通过LiGeoreference进行处理,耗时5分37秒。这样看来,918博天堂 A的解算效率更高一点。

2、点云噪声

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

对比两组数据点云包围盒可见918博天堂 X3-H存在低位粗差和高位粗差,且低位粗差离散程度较高,918博天堂 A仅有高位粗差,位置较为集中,这是由于其解算软件解算数据时勾选点云优化会自动过滤250m距离以上的噪声,减少了软件参数设置操作,一定程度上减少了噪声点数量。

3、点云分层

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

选择相同的两条航带点云对比拼接效果,在边缘航带地方,918博天堂 X3-H未见明显分层,航带融合效果理想,918博天堂 A有显著的、平整的、笔直的厚薄相间的情况,且存在小范围分层情况。

4、真彩色赋色

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

从上图可以看出918博天堂 X3-H的点云真彩色明度对比强烈,色彩均匀;918博天堂 A点云真彩色纯度较低,建筑边缘有锐化表现。

5、点云厚度

平面点云厚度是判断激光雷达性能以及点云处理算法的一个常见的指标。理想状态下,用激光雷达探测一个绝对光滑的平面(正常反射率),理论上该点云平面是没有厚度的,但实际应用中由于仪器的各项系统误差,点云解算后,激光脚点对应的测距值会有浮动。这个浮动值的大小是不固定的,体现在测量平面并成图时,就会有一定的厚度。

而这个厚度对我们测绘来讲,便会影响我们提取地形时,DEM地形点的选取。这同样也会影响,利用点云做3D建模时,模型的尺寸值的误差。在量测评判时,一般选取硬质平地或者建筑的屋顶以及侧立面的点云。

(1)建筑物屋顶

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

(2)裸露地面

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

通过两组对比图可见,两者均有不错的表现,同时918博天堂 X3-H 的点云厚度相对更小一点,这是由于系统内高精度元器件和算法起了一定作用。

6、单航带点密度

「918博天堂 X3-H裸露地表(202points/m²)」

「918博天堂 A裸露地表(177points/m²)」

「918博天堂 X3-H丛林树冠(340 points/m²)」

918博天堂 A丛林树冠(338 points/m²)

通过918博天堂360的点密度工具检测两组数据中典型地物的点云的密度情况,来评估两者数据信息的富足程度。由此可见,918博天堂 X3和918博天堂 A两者的点密度相差不大。

7、数据绝对精度

用RTK在测区打点,用于验证二者数据的绝对坐标精度情况。此次有26个控制点参与精度验证计算,控制点分布及验证情况如下。

可见,在航高100m条件下,918博天堂 X3-H高程中误差为0.071m,918博天堂 A数据高程中误差为0.079m,均满足1∶500地形图高程精度要求。

8、下层树冠扫描

我们选取同一棵树的点云切剖面,观察下层树冠部分,可看出918博天堂 X3-H下层树冠数据点密度更高,点云更为完整。这是由于918博天堂 X3-H默认为三回波,可以穿透树层,获取更多的树冠与地表信息。

树冠的层次丰富度和完整度,影响着林业应用中植被垂直结构信息的获取。越丰富的和完整的信息,意味着林业参数的提取也会有更好的精度。

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

9、地物完整程度

地物的完整度影响着地物信息普查和三维模型构建的精度和效率,在实景三维应用中尤甚。例如城市关键部件的普查和建模,电杆、路灯等,在做多平台数据(空基、地基)融合时,这些都是很重要的特征地物,对于最终的普查结果而言更是重要统计目标。

我们将918博天堂 A和918博天堂 X3-H数据显示在不同窗口,通过窗口联动功能将两组点云缩放旋转到同一角度,查看不同地物的完整度,对比效果如下。

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

从点云中可以看到,918博天堂 A数据存在部分地物缺失情况,再从影像中可以看出,缺失部分为黑色顶棚。深色物体反射率低,可以反射回来的激光信息少,因此点云出现空洞,多回波可以有效解决这一问题。

「918博天堂 X3-H数据图」

「918博天堂 A数据图」

接着再旋转点云查看,可看出缺失的地物还有电力线杆塔和植物树冠,918博天堂 X3-H的点云数据中,杆塔与植物树冠扫描完整,918博天堂 A只能获取塔杆的顶部数据,且有部分树冠顶部数据会缺失,会存在关键信息遗漏的可能性。

10、地面点分类与DEM成果对比

地面点分类和提取效果的好坏,将直接影响到后续地形产品的生产的优劣,连带影响到所有因此而衍生的行业应用,故该项也是很重要的考察指标。

用918博天堂360进行地面点滤波,918博天堂 X3-H分离出的地面点数为47259个,918博天堂 A分离出的地面点数为42685个。之后,设置栅格大小为0.5米,来生产DEM。

「918博天堂 X3-H地面点分离结果」

「918博天堂 A地面点分离结果」

「918博天堂 X3-H生成的DEM」

「918博天堂 A生成的DEM」

对比之后不难发现,918博天堂 X3-H的918博天堂高程模型更加完整。

三、结论

综合以上对比可得:

● 由于两款产品搭配的激光传感器相同,设置同样设备参数时918博天堂 A与918博天堂 X3-H 点密度和点云厚度没有明显差别,航带重叠区域918博天堂 X3-H未见明显分层,918博天堂 A有显著的厚薄相间表现;

● 在保持默认参数的情况下,918博天堂 X3-H的数据效果整体优于918博天堂 A,提取参数建立模型都好一点,并且918博天堂 X3-H可以适配其他厂商无人机,对于采集作业场景的宽容度也更高,可适配测绘行业的多种应用。

● 但对于数据解算效率以及噪声点情况来说,918博天堂 A有着更好的表现,这也将是我们后续的优化方向之一,请拭目以待。

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