Что такое LiDAR?
LiDAR (от англ. Light Detection and Ranging «обнаружение и определение дальности с помощью света») - метод дистанционного зондирования, использующий свет в виде лазерных импульсов для измерения дальностей (переменных расстояний) до Земли. Эти световые импульсы в сочетании с различными наборами данных, записанными бортовой системой, генерируют точную трехмерную информацию о форме и характеристиках земной поверхности.
Существуют два основных типа лидаров
- Топографический: используется для составления карт суши с помощью лазера ближнего инфракрасного диапазона.
- Батиметрический: используется для измерения глубины морского дна и русел рек с помощью проникающего в воду зеленого света.
Данные LiDAR огромны по объему, поэтому для их отображения, визуализации и анализа требуется соответствующий инструмент. Mapinfo Pro Advanced поддерживает работу с данными LIDAR, представленными в виде файлов LAS или LAZ, и позволяет легко отображать и обрабатывать эти данные с высокой производительностью.
Атрибуты данных
Наборы точечных данных LiDAR наряду со значениями x, y и z могут содержать различные атрибуты. В таблице ниже приведены атрибуты, которые записываются для каждого лазерного импульса и соответствуют каждой точке из полученного облака точек.
Атрибут |
Описание |
| Высота (Z) | Значение высоты точки |
| Интенсивность | Численное значение, характеризующее отражённый импульс лазера, которое используется для построения лидарной точки. |
| Номер отражения | В зависимости от характеристик поверхности и характеристик сканера лазера, используемого для сбора данных, излучённый лазерный импульс может многократно отражаться. Первое отражение помечается как отражение номер один, второе — номер два и так далее. |
| Количество отражений | Количество отражений — общее количество отражений данного импульса. |
| Классификация | Каждая точка лидара, прошедшая постобработку, может подвергаться классификации (разделяться на классы, категории), с помощью которой выделяются типы объектов, отразивших лазерный импульс. Лидарные точки можно разделить на несколько категорий, например, голую землю или грунт, кроны деревьев и воду. В файлах LAS различные классы задаются с помощью целочисленных кодов. |
| Угол сканирования | Угол сканирования - это значение в градусах от -90 до +90. При 0 градусах лазерный импульс находится прямо под самолетом в надире. При -90 градусов лазерный импульс направлен в левую сторону самолета, а при +90 лазерный импульс направлен в правую сторону самолета по направлению полета. Большинство систем LiDAR в настоящее время имеют угол в пределах ± 30 градусов. |
| Идентификатор точечного источника | Идентификационный номер точечного набора данных |
| GPS время | Отметка времени GPS, когда лазерный импульс был испущен. Время отсчитывается в секундах по модулю одной недели (номер недели GPS и номер секунды в неделе). |
Предоставляемые атрибуты точек LiDAR у разных поставщиков данных могут отличаться.
Какие существуют типы данных LiDAR?
Набор данных LiDAR может храниться в различных форматах. Исходные данные передаются в виде точек (облака точек), которые можно использовать для создания цифровых моделей рельефа (ЦМР) или для создания нерегулярных триангуляционных сетей. Эти поверхности в свою очередь можно использовать для создания контуров (изолиний).
Точечные данные
Точечные данные хранятся в файлах формата LAS. Это облако точек, кроме значений x, y и z, содержит информацию о количестве и интенсивности отражений, классификацию, сведения об источнике каждой точки (маршрут полёта) и времени.
Поверхности: цифровые модели рельефа и нерегулярные триангуляционные сети
Поверхности могут быть сгенерированы из данных облака точек на основе таких методов интерполяции, как ближайшее соседство, обратное взвешенное расстояние, минимальная кривизна, естественное соседство и т.д. Какой из методов использовать, зависит от исходных данных и желаемого использования конечной ЦМР. На рисунке ниже показана поверхность, созданная на основе значений высоты (Z) данных облака точек с помощью MapInfo Pro Advanced.
Что такое формат LAS?
Формат файла LAS - это общедоступный двоичный формат для хранения данных LiDAR, собираемых дистанционным оптическим сенсором. Используется для обмена лидарными данными между провайдерами данных и их потребителями.
Файл LAS можно с легкостью импортировать в MapInfo Advanced и сгенерировать поверхность по различным атрибутам - таким как высота, интенсивность, число отражений и т.д
Где я могу получить бесплатные данные LiDAR?
Наборы данных LiDAR доступны у различных государственных и частных организаций и могут быть получены бесплатно или за плату. Ниже перечислены несколько источников для получения бесплатных наборов данных LiDAR:
- USGS Earth Explorer
- NOAA’s Digital Coast Data Access Viewer
- United States Interagency Elevation Inventory
- Open Topography
- Centre for the Environmental Data Archival (CEDA)
- GIPUZKOA.NET (SPAIN)
Применение данных LiDAR
Данные лидарной съемки сейчас используются практически повсеместно. Они позволяют с высокой детальностью и точностью исследовать как природные, так и искусственные среды. Лидарные данные идеально подходят для моделирования рисков, анализа лесов, почв, городского планирования, прогноза наводнений, геоморфологического картографирования и многого другого.
Лесное хозяйство
Наборы данных LiDAR помогают в замерах и анализе лесного полога. В частности, могут использоваться для идентификации деревьев, их типов, размеров, плотности и высоты крон. Полученная информация может быть использована в хозяйственном планировании или для моделирования рисков лесных пожаров.
Сельское хозяйство
Набор данных LiDAR можно использовать для создания топографической карты полей. Путем анализа профиля и уклона поверхности, они также помогают оценить необходимость дополнительного полива почвы или внесения удобрений.
Анализ уязвимостей и моделирование рисков
Данные LiDAR помогают не только измерять подъемы поверхности, но и обнаруживать разломы. Подобная матрица может помочь в анализе уязвимости региона - в частности, в моделировании рисков при наводнении. Такие объекты, как здания, берега рек или дороги, оказывают большое влияние на динамику потока воды и распространение наводнения. LiDAR со своей высокой детальностью на уровне отдельных объектов позволяет создавать гораздо более точные модели прогнозирования затоплений.
Городское планирование
Набор данных LiDAR можно использовать для получения цифровых моделей земной поверхности, которые в сочетании с аэрофотоснимками или ортофотоснимками легко применимы для создания цифровых моделей городов. Эти модели могут быть использованы, например, при поиске оптимальных мест размещения солнечных панелей для наиболее эффективного производства электроэнергии.
Картография
Благодаря своему высокому разрешению и точности, использование данных LiDAR вместе с аэрофотосъемкой помогает в картографировании дорог, зданий и растительности. А трехмерный аспект лидара делает его незаменимым при создании моделей местности, получении карт высокого разрешения, построении профилей и расчете кривизны рельефа для различных целей.
| Анализ лесного полога по данным LiDAR в MapInfo Pro Advanced |
| Построение и анализ поверхности в Mapinfo Pro Advanced |
| Создание растра в Mapinfo Pro Advanced |