摄影测量与LiDAR在航空测绘中的应用

在测量领域，有多种数据采集技术。您使用的技术在很大程度上取决于您将如何使用这些数据。在航空测绘方面，有两种技术最为常用且通常最有效：摄影测量和LiDAR。

那么，假设您有一个即将进行的无人机测绘项目，并且正在考虑哪种技术是最佳选择。您来对地方了，我们将分析每种方法的作用及其最佳应用场景。

什么是摄影测量？

摄影测量是指以不同角度和不同重叠度拍摄多张照片，然后使用专业软件构建二维地图、正射影像、三维模型和DEMs等输出成果的活动。摄影测量在有人驾驶飞机上已经实践了很长时间，但UAS系统的发明使其对以前无法负担的行业变得更加普及。

什么是LiDAR？

LiDAR是“光探测与测距”（Light Detection and Ranging）的缩写，它是一种依靠激光束测量距离的技术。LiDAR载荷安装在航空器系统上，振荡镜以特定间隔向需要捕获的物体发送激光束。

该系统随后测量光束从物体反射回来后传播的距离。LiDAR生成点云，形成被捕获物体的精确形状。然而，LiDAR并非独立工作。为了使其有效，必须配备GPS或GNSS系统，以及精确的IMU（惯性测量单元）。

摄影测量与LiDAR：有何不同？

既然我们了解了这两种技术的工作原理，接下来我们将根据选择航空测绘方法时需要考虑的因素进行比较。

精度

通常，LiDAR数据比摄影测量数据更精确，这种差异源于数据采集方式。对于摄影测量，我们依靠相机拍照。然而，在多云、光照不足或植被非常茂密的区域，可能会采集到不准确的数据。 

所使用的载荷也会影响所采集数据的精度。如果您需要精确的摄影测量数据，配备机械快门的专业载荷（例如DJI Mavic 3 Enterprise上的载荷）将是一个很好的起点。虽然您可以使用PPK和RTK系统来提高摄影测量数据的精度，但前面提到的因素仍然适用。

另一方面，由于LiDAR依靠发送脉冲，因此其获取的数据往往更精确。这是因为这些脉冲可以穿透云层甚至茂密的植被。然而，这些脉冲无法穿透固体物体，因此如果光线无法穿透，LiDAR系统将无效。

覆盖范围

这两种系统能覆盖多少地面取决于您使用的平台。在某些情况下，摄影测量可以覆盖更多地面，特别是当您使用固定翼、VTOL或eVTOL无人机时，它们可以飞得更高、更久。在高空飞行时，LiDAR也能覆盖更多地面，因为它有时具有更大的视场角，但这可能会影响数据采集的质量。

为了获得最高精度的LiDAR数据，建议缓慢飞行并在较低高度飞行，每次覆盖较小的区域。此外，您还应考虑飞行的区域。例如，在欧洲，开放类别下最高飞行高度为120米，飞得更高将需要特殊许可或批准。

为了扩大这两种技术的覆盖范围，您可以使用多架无人机并进行适当的机队规划，以避免相互碰撞。未来，无人机蜂群可能会成为常态，您可以从一个中心控制多架无人机进行测绘或任何其他活动。

易用性

摄影测量具有更流畅的用户体验。只要您拥有正确的传感器并遵循适当的数据准备和采集步骤，Agisoft、Pix4D或DroneDeploy等软件将为您处理数据并提供可用的交付成果。另一方面，LiDAR更为复杂，需要更多的专业知识来操作。

交付成果

您获得的交付成果也可以帮助确定使用哪种技术。通过摄影测量，您可以获得清晰的正射影像和三维模型，非常适合展示建筑物或受灾区域等外部特征。LiDAR输出密集的点云，显示被捕获的物体。虽然您可以对其进行着色以更好地理解它们，但结果的分辨率可能低于摄影测量。然而，这些点云在描绘地形或显示物体实际表面方面表现出色。

处理速度

处理摄影测量数据有时需要很长时间，尤其是在台式电脑上处理时。使用8 GB RAM和1 TB ROM的PC处理100英亩（40.5公顷）的数据需要一周才能完成。使用64 GB RAM进行相同的处理，只需几个小时。您需要高处理能力才能在几个小时内获得输出。另一方面，LiDAR速度更快，对于小型项目，无人机一着陆即可获得三维点云，尽管大型项目可能需要一些时间来处理。

成本

尽管已经可以制造用于无人机的更小型载荷，但这些系统仍然相当昂贵。如果您正在寻找一种更便宜的数据采集方式，摄影测量相对LiDAR而言更经济。只要您拥有的无人机配备摄像头，就可以将其用于摄影测量。然而，专业工作需要高质量的传感器，这些传感器虽然不便宜，但仍比LiDAR更实惠。

应用

根据它们的工作原理及其优缺点，以下是各自的最佳应用：

–        摄影测量 – 摄影测量最适合用于创建植被稀少或没有植被、或没有任何可能阻挡相机视线的区域的二维正射影像、DEMs和三维模型。如果您想可视化建筑项目或监测植被变化，这项技术将是完美的。

–        LiDAR – 由于其穿透植被的能力，LiDAR最适合用于森林管理、植被测绘、地形测绘、基础设施测绘以及道路、蜂窝塔和公用事业走廊等资产的检查。

技术进步

自从人类能够驾驶飞机翱翔天空以来，各行各业一直在思考航空器系统如何能够帮助他们。其中一个行业就是测量行业。

快进到无人机的引入，工程师们已经成功地将摄影测量和LiDAR载荷做得足够小，可以安装在无人机上。曾经仅用于军事的技术现在已可供企业和消费者用户使用。AI和5G等进一步的技术进步使得测绘和处理工作流程自动化成为可能，从而最大限度地缩短时间并提高精度。

通过机器学习，可以训练模型来检测地图上或实时馈送中的特定物体，例如建筑物、人物或动物。这非常适用于监控、精准农业、监测、检测地貌变化，或创建航空测绘过程中生成数据的更易于理解的数字化呈现。

像One3D.ai这样的服务允许您收集图像并上传到云端进行实时处理，这在5G环境下效率更高。除了数据采集，LiDAR还用于UAS系统中以检测和避开障碍物，并且它比基于红外线的系统效果更好。

总结

至此，您已了解。摄影测量和LiDAR各有优缺点。您的选择应取决于项目、您将测绘的区域、您期望的交付成果以及您的预算。如果可能，您可以将它们结合使用，因为它们都能提供独特的见解。